Hành vi nén của các pha gốc nước dạng rutile bị biến dạng, MOOH (M = Ga, In, Cr) và CrOOD

Physics and Chemistry of Minerals - Tập 39 - Trang 375-383 - 2012
Asami Sano-Furukawa1,2, Takehiko Yagi2, Taku Okada2, Hirotada Gotou2, Takumi Kikegawa3
1Quantum Beam Science Directorate, Japan Atomic Energy Agency, Tokai, Japan
2Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo, Chiba, Japan
3Photon Factory, KEK, Tsukuba, Japan

Tóm tắt

Các phép đo nhiễu xạ tia X của các oxyhydroxide dạng rutile β-GaOOH, InOOH, β-CrOOH và β-CrOOD đã được thực hiện ở áp suất tối đa lên đến 35 GPa trong điều kiện gần tĩnh thủy, ở nhiệt độ môi trường. Sự bất thường trong sự tiến triển của các hằng số mạng tương đối và tỷ lệ trục của β-GaOOH, InOOH và β-CrOOD cho thấy sự cứng lại không đồng nhất dọc theo các trục a và/hoặc b, nơi hình thành liên kết hydro. Những thay đổi này được quan sát ở 15 GPa đối với β-GaOOH và InOOH và ở 4 GPa đối với β-CrOOD. Áp suất cao hơn được ghi nhận ở các oxyhydroxide có khoảng cách O…O của liên kết hydro dài hơn ở áp suất môi trường. Ngược lại, hành vi cứng lại như vậy không được quan sát ở CrOOH, có khoảng cách O…O ngắn đáng kể và liên kết hydro mạnh. Các hành vi cứng lại được quan sát trong nghiên cứu hiện tại có thể được quy cho sự đối xứng hóa của các liên kết hydro trong oxyhydroxide, như đã được phát hiện trước đây ở δ-AlOOH(D).

Từ khóa

#oxyhydroxide #nhiễu xạ tia X #độ cứng #liên kết hydro #áp suất cao

Tài liệu tham khảo

Aoki K, Yamawaki H, Sakashita M, Fujihisa H (1996) Infrared absorption study of the hydrogen-bond symmetrization in ice to 110 GPa. Phys Rev B 54:15673–15677 Benoit M, Marx D, Parrinello M (1998) Tunnelling and zero-point motion in high-pressure ice. Nature 392:258–261 Bolotina NB, Molchanov VN, Dyuzheva TI, Lityagina LM, Bendeliani NA (2008) Single-crystal structures of high-pressure phases FeOOH, FeOOD, and GaOOH. Crystallogr Rep 53:960–965 Christensen AN, Hansen P, Lehmann MS (1976) Isotope effects in the bonds of β-CrOOH and β-CrOOD. J Solid State Chem 19:299–304 Fujihara T, Ichikawa M, Gustafsson T, Olovsson I, Tsuchida T (2002) Powder-neutron diffraction studies of geometric isotope and hydrogen-bonding effects in β-CrOOH. J Phys Chem Solids 63:309–315 Goncharov AF, Struzhkin VV, Somayazulu MS, Hemley RJ, Mao HK (1996) Compression of ice to 210 gigapascals: infrared evidence for a symmetric hydrogen-bonded phase. Science 273:218–220 Goncharov AF, Struzhkin VV, Mao HK, Hemley RJ (1999) Raman spectroscopy of dense H2O and the transition to symmetric hydrogen bonds. Phys Rev Lett 83:1998–2001 Holzapfel WB (1972) On the symmetry of the hydrogen bonds in ice VII. J Chem Phys 56:712–715 Kagi H, Ushijima D, Sano-Furukawa A, Komatsu K, Iizuka R, Nagai T, Nakano S (2010) Infrared absorption spectra of δ-AlOOH and its deuteride at high pressure and implication to pressure response of the hydrogen bond. J Phys: Conf Ser 215:012052 Komatsu K, Kuribayashi T, Sano A, Ohtani E, Kudoh Y (2006) Redetermination of the high-pressure modification of AlOOH from single-crystal synchrotron data. Acta Crystallogr Sect E 62:i216 Lehmann MS, Larsen FK, Poulsen FR, Christensen AN, Rasmussen SE (1970) Neutron and X-ray crystallographic studies on indium oxide hydroxide. Acta Chem Scand 24:1662–1670 Li S, Ahuja R, Johansson B (2006) The elastic and optical properties of the high-pressure hydrous phase δ-AlOOH. Solid State Commun 137:101–106 Loubeyre P, LeToullec R, Wolanin E, Hanfland M, Hausermann D (1999) Modulated phases and proton centering in ice observed by X-ray diffraction up to 170 GPa. Nature 397:503–506 Nelmes RJ, Loveday JS, Marshall WG, Hamel G, Besson JM, Klotz S (1998) Multisite disordered structure of ice VII to 20 GPa. Phys Rev Lett 81:2719–2722 Ohtani E, Litasov K, Suzuki A, Kondo T (2001) Stability field of new hydrous phase, δ-AlOOH, with implications for water transport into the deep mantle. Geophys Res Lett 28:3991–3993 Panero WR, Stixrude LP (2004) Hydrogen incorporation in stishovite at high pressure and symmetric hydrogen bonding in δ-AlOOH. Earth Planet Sci Lett 221:421–431 Parise JB (2006) High pressure studies. Rev Mineral Geochem 63:205–231 Pruzan Ph, Chervin JC, Wolanin E, Canny B, Gauthier M, Hanfland M (2003) Phase diagram of ice in the VII–VIII-X domain. Vibrational and structural data for strongly compressed ice VIII. J Raman Spectrosc 34:591–610 Sano A, Ohtani E, Kondo T, Hirao N, Sakai T, Sata N, Ohishi Y, Kikegawa T (2008) Aluminous hydrous mineral δ-AlOOH as a carrier of hydrogen into the core-mantle boundary. Geophys Res Lett 35:L03303 Sano-Furukawa A, Komatsu K, Vanpeteghem CB, Ohtani E (2008) Neutron diffraction study of δ-AlOOH at high pressure and its implication for symmetrization of the hydrogen bond. Am Mineral 93:1558–1567 Sano-Furukawa A, Kagi H, Nagai T, Nakano S, Fukura S, Ushijima D, Iizuka R, Ohtani E, Yagi T (2009) Change in compressibility of δ-AlOOH and δ-AlOOD at high pressure: a study of isotope effect and hydrogen-bond symmetrization. Am Mineral 94:1255–1261 Song M, Yamawaki H, Fujihisa H, Sakashita M, Aoki K (1999) Infrared absorption study of Fermi resonance and hydrogen-bond symmetrization of ice up to 141 GPa. Phys Rev B 60:12644–12650 Sugimura E, Iitaka T, Hirose K, Kawamura K, Sata N, Ohishi Y (2008) Compression of H2O ice to 126 GPa and implications for hydrogen-bond symmetrization: synchrotron x-ray diffraction measurements and density-functional calculations. Phys Rev B 77:214103 Suzuki A, Ohtani E, Kamada T (2000) A new hydrous phase δ-AlOOH synthesized at 21 GPa and 1000°C. Phys Chem Minerals 27:689–693 Tsuchiya J, Tsuchiya T (2009) Elastic properties of δ-AlOOH under pressure: first principles investigation. Phys Earth Planet Inter 174:122–127 Tsuchiya J, Tsuchiya T, Tsuneyuki S, Yamanaka T (2002) First principles calculation of a high-pressure hydrous phase, δ-AlOOH. Geophys Res Lett 29:1909 Tsuchiya J, Tsuchiya T, Wentzcovitch RM (2008) Vibrational properties of δ-AlOOH under pressure. Am Mineral 93:477–482 Vanpeteghem CB, Sano A, Komatsu K, Ohtani E, Suzuki A (2007) Neutron diffraction study of aluminous hydroxide δ-AlOOD. Phys Chem Minerals 34:657–661 Wolanin E, Pruzan Ph, Chervin JC, Canny B, Gauthier M, Hausermann D, Hanfland M (1997) Equation of state of ice VII up to 106 GPa. Phys Rev B 56:5781–5785 Xue X, Kanzaki M (2007) High-pressure δ-Al(OH)3 and δ-AlOOH and isostructural hydroxides/oxyhydroxides: new structural insights from high-resolution 1H and 27Al NMR. J Phys Chem B 111:13156–13166 Zha C, Mao H, Hemley RJ (2000) Elasticity of MgO and a primary pressure scale to 55 GPa. Proc Natl Acad Sci USA 97:13494–13499