高圧ガラスの構造
Inquiry number
SOL-0000001279
Beamline
BL04B1 (High Temperature and High Pressure Research)
Scientific keywords
| A. Sample category | inorganic material |
|---|---|
| B. Sample category (detail) | insulator, ceramics, amorphous, glass |
| C. Technique | X-ray diffraction |
| D. Technique (detail) | powder diffraction |
| E. Particular condition | high pressure (press), tensile loading, high-T (> 500 C) |
| F. Photon energy | X-ray (> 40 keV) |
| G. Target information | structure analysis, structural change, phase transition |
Industrial keywords
| level 1---Application area | Semiconductor, industrial material |
|---|---|
| level 2---Target | silicon semiconductor, catalysis, glass |
| level 3---Target (detail) | gate insulator, interlayer insulator, capacitance insulator |
| level 4---Obtainable information | density, structure of non-crystalline material, interatomic distance |
| level 5---Technique | diffraction |
Classification
A80.30 inorganic material, M10.20 powder diffraction
Body text
SiO2ガラスは、高密度ガラスなどのいくつかの多形があることが知られています。しかし、温度や圧力の変化によって、これらが相転移（１次相転移）するかどうかはよくわかっておりません。大容量高圧プレス装置、SPEED-1500を用いたエネルギー分散型X線回折は、高温高圧下のガラスや液体などの非晶質構造の変化を直接観察することができます。図に示すのは、SiO2ガラスの3.3 GPaと9.9 GPaでのX線構造因子、S(Q)の温度依存性です。ガラスの大きな密度変化は、中距離構造の変化が大きく寄与しており、S(Q)の第1ピーク（First sharp diffraction peak, FSDP)に変化が現れます。図で3.3 GPaでは温度に対してほとんどFSDPは変化していませんが、9.9 GPaでは大きく変化しています。この研究から、中距離構造が緩和されて高密度構造となる温度ー圧力領域が見つかりました。
図 3.3 GPaと9.9 GPaでのSiO2ガラスのX線構造因子、S(Q)の温度依存性
[ Y. Inamura, Y. Katayama, W. Utsumi and K. Funakoshi, Physical Review Letters 93, 015501 (2004), Fig. 3,
©2004 American Physical Society ]
Source of the figure
Original paper/Journal article
Journal title
Phys. Rev. Lett., 93, 015501(2004)
Figure No.
3
Technique
図は、川井型大容量高圧プレス装置を用いたときのエネルギー分散型X線回折の概略です。偏向電磁石からの白色X線は、垂直、水平スリットによって典型的に0.05（垂直） x 0.1（水平） mm2に絞られます。エネルギー分散型X線回折用に、第1段アンビルにはX線が通る穴が開けられおり、白色X線はそこから第1段アンビルを抜けて、第2段アンビル間の水平方向の隙間を通り抜けます。高温高圧試料からの回折X線は、4096個のマルチチャンネルアナライザーを持つ純ゲルマニウム半導体検出器（SSD)で検出されます。このとき、20～150 keVまでエネルギーの回折データを得ることができます。ある回折角で固定されたコリメーター（0.05 mm幅）と受光スリットを通すことで、試料からの回折X線のみが検出されます。水平ゴニオメータは、0.0001°の精度で-10から23°までの回折角2θを移動できます。このシステムでは、だいたい数分間で1つの回折線を得ることができます。
図 川井型大容量高圧プレス装置を用いたエネルギー分散型X線回折の概略図
Source of the figure
Beamline Report
Page
14
Required time for experimental setup
1 day(s)
Instruments
| Instrument | Purpose | Performance |
|---|---|---|
| SPEED-1500 | 高温高圧実験 | 2500K、30 GPa |
References
| Document name |
|---|
| Phys. Rev. Lett., 93, 015501(2004) |
Related experimental techniques
Questionnaire
The measurement was possible only in SPring-8. Impossible or very difficult in other facilities.
This solution is an application of a main instrument of the beamline.
Ease of measurement
Middle
Ease of analysis
With a great skill
How many shifts were needed for taking whole data in the figure?
Four-nine shifts