Iizuka-Oku R., Gotou H., Shito C., Fukuyama K., Mori Y., Hattori T., Sano-Furukawa A., Funakoshi K., and Kagi H. (2021) Behavior of light elements in iron-silicate-water-sulfur system during early Earth’s evolution. Scientific Reports, 11, 12632 

客員共同研究員（研究当時 特任助教）の飯塚さんの論文がScientific Reportsに出版されました。ケイ酸塩・硫黄・鉄・水の共存する地球形成初期を模擬した条件でJ-PARCにおける高温高圧中性子回折実験を行った結果、硫化鉄には水素は取り込まれず、また残った純鉄も水素化されにくくなることを示しました。

含水鉱物を含まないような系で行われた先行研究では、水素化したFeSができることが報告されていましたが、含水鉱物を系に含む今回の実験では、FeSは水素化せず、代わりに硫黄の含まれない水素化鉄が生成しました。水素化鉄と硫化鉄が共存すると、系の融点が大きく低下し、他の系元素の取り込みに有意な影響を与える可能性があります。このように、複数の軽元素が共存するような系で鉄の水素化反応を考えることはとても重要であると考えています。

New paper on hydrogenation of iron-silicate-water-sulfur system

硫黄共存下の鉄水素化の論文が出版

A paper first-authored by Mr Mori, a MSc student in our group, is now available on Journal of Mineralogical and Petrological Sciences. In this study, we investigated deuterium occupancy in Si-doped hcp-Fe system.

Mori Y., Kagi H., Kakizawa S., Komatsu K., Shito C., Iizuka-Oku R., Aoki K., Hattori T., Sano-Furukawa A., Funakoshi K., and Siaitoh H. (2021) Neutron diffraction study of hydrogen site occupancy in Fe0.95Si0.05 at 14.7 GPa and 800 K. 

Journal of Mineralogical and Petrological Sciences

M2(論文発表時)の森悠一郞さんを中心とし、高温高圧中性子回折を用いて、ケイ素が共存する条件下で鉄の水素化を調べた論文が出版されました。

ケイ素を含む鉄を水素化させたときに、水素が結晶のどのサイトに取り込まれるのか、粉末中性子回折法を用いて詳細に調べました。

この論文で高温高圧下中性子回折実験における最高圧力を更新しました。広島大、JAERI、量研機構との共同研究です。（本論文は日本鉱物科学会論文賞を受賞しました。）

New paper: structure of Si-doped iron hydride investigated by neutron diffraction

Siをドープした鉄水素化物の論文を出版

A paper on a project directed by Dr. Yamane, an alumnus of our group, is published on Nature Communications. In the paper, we reported the experimental evidence for the second hydrogen-ordered phase of ice. With the crystallographic evidence we reported here, a Roman numeral of "XIX" is now assigned to the new phase.

The presence of a new phase has been proposed since 2018, but no scientists have reported firm experimental results showing the existence of the phase before this work. Experiments using the in-situ dielectric measurement system developed by Dr. Yamane revealed that the phase transition boundary of ice VI when cooled has a bend as shown below. Furthermore, our neutron diffraction results firmly show that ice XIX has a different crystal structure from all other previously reported ice phases.

Yamane R., Komatsu K., Gouchi J., Uwatoko Y., Machida S., Hattori T., Ito H. and Kagi H. (2021) Experimental evidence for the existence of a second partially-ordered phase of ice VI, Nat. Commun., 12, 1129. 

卒業生の山根さんを中心に、中性子回折と誘電率測定を組み合わせて新しい氷の多形を発見した論文が Nature Communications 誌に出版されました。今回の論文の結晶学的証拠を以って、この新しい氷の相に XIX というローマ数字が付番され、以降は氷XIXと呼ばれることになります。

氷XIXは、氷VIの2番目の水素部分秩序相であり、2018年ごろから存在が示唆されていましたが、決定的な証拠が得られず、論争が続いていました。山根さんの開発した高圧下その場誘電率測定装置を利用した実験により、氷VIを冷却したときの相転移境界に、下図に示すような折れ曲がりがあることが明らかになりました。また、その場中性子回折プロファイルに、既存の氷の相では説明がつかないピークが顕れ、氷XIXがこれまでに知られていなかった結晶構造を持つことを証明しました。これらの実験結果はたしかに氷XIXが存在することを示しており、3年に及ぶ論争を決着させました。

 もありますのでご覧ください。

New paper on a new phase of ice: ice XIX

氷XIXの論文が出版

We published a new paper reporting the compressibility of Mg(OH)F.

He X., Kagi H., Komatsu K., and Nakano S. (2021), Compressibility and blue-shifting O–H stretching bands of magnesium hydroxyfluoride Mg(OH)F up to 20 ​GPa, J. Solid State Chem., 303, 122449, 

D1のHeさんを筆頭著者とする、Mg(OH)Fの圧縮挙動を調べた論文です。

フッ素が含水鉱物のOHを置換することによって、構造の変化が生じます。今後もこうしたフッ素の影響を、他の鉱物の系などで引き続き調べていく計画です。

New paper on the compressibility of Mg(OH)F

Mg(OH)Fの論文が出版

A paper first-authored by He Xuejing, a second-year PhD student, is now published in Physics and Chemistry of Minerals. From high-pressure and high-temperature vibrational spectroscopy, we show that silicon-rich phengite potentially carries water deeper in subduction zones.

He X., Zhang L., Kagi H., Smyth J.R., Komatsu K., Li X., Gao J., and Lei L. (2022) In-situ high-pressure and high-temprature spectroscopic studies of phengite in ultrahigh-pressure eclogite: Implication for water transport during ultra-deep continental subduction. Physics and Chemistry of Minerals, 49, 24. 

博士課程2年のHe Xuejingさんを筆頭著者とする論文がPhysics and Chemistry of Mineralsに出版されました。フェンジャイトという鉱物の高圧･高温下での振動スペクトルから、ケイ素に富むフェンジャイトは沈み込み帯でより深くまで水を運ぶ可能性を示しました。中国、アメリカの研究者との共同研究です。

New paper on high-pressure experiments of phengite

フェンジャイトの高圧実験の論文が出版

Mr. Hayate ito (D1) got a poster prize in the 2022 CrSJ (the Crystallographic Society of Japan) meeting held at Kwansei Gakuin University. Congratulations!

2022/11/26-27に関西学院大学で開催された令和4年(2022年)度 日本結晶学会において、D1の伊藤颯さんがポスター賞を受賞しました。おめでとうございます。

CrSJ poster prize for Hayate Ito (D1)

伊藤さん(D1)が日本結晶学会でポスター賞を受賞

A review article on high-pressure neutron diffraction experiments and ice polymorphs authored by Associate Professor Kazuki Komatsu has been published in Crystallography Reviews. At least 20 polymorphs exist in ice, and most of the polymorphs discovered since the beginning of this century have been identified by high-pressure neutron diffraction experiments. Recent progress on ice polymorph's studies is inseparable from the progress of high-pressure neutron diffraction techniques, which have made remarkable progress in recent years.

Komatsu K. (2022) Neutrons meet ice polymorphs. Crystallography Reviews, 

2.	Recent developments for high-P neutron diffraction

2.1.	Pressure–temperature variable ‘Mito system'

2.1.1.	Concept and the origin of the name

2.1.3.	The Mito system with cryostat for lower temperature

2.2.	Diamond anvil cells for very high-P experiments

2.3.	High-P cells for single-crystal neutron diffraction

2.4.3.	Cell assembly for neutron diffraction under high-P and high-E

3.	Overview of the phase diagram and classifications

3.4.	Graph representation of ice structures

4.7.1.	Anomalies in ice VII at 10–15 GPa

4.7.3.	Hydrogen-bond symmetrisation in ice X

小松一生准教授が執筆した高圧下中性子回折実験と氷多形の研究に関する総説がCrystallography Reviews誌から出版されました。高圧下中性子回折技術の進歩と氷研究の進展は切っても切り離せない関係にあります。近年著しい進展のある両分野の関係が一望できる総説となっています。

氷には少なくとも20種類もの多形の存在が知られていますが、今世紀に入ってから発見された氷多形のほとんどは高圧下中性子回折実験によって、その結晶構造が同定されています。

総説中では、まず小松准教授自身が開発してきた低温高圧装置 Mito system を中心とした技術開発の流れがまとめられており、次にこれまで報告された全ての氷多形に関する研究が、結晶学を中心とする視点からひとつずつ解説されています。

New review on neutron diifraction and ice polymorphs

中性子回折と氷多形に関する総説が出版されました

Marugata S., Kagi H., Ijichi Y., Komatsu K., Xue X., and Sugiyama K. (2022) Experimental evidence of static disorder of carbonate ions in Ba-doped calcite. Journal of Solid State Chemistry, 312, 123258. 

3月に修士課程を修了した丸形 詩歩さんを筆頭著者とする論文がJournal of Solid State Chemistryに出版されました。カルサイト（炭酸カルシウムの結晶）にカルシウムより大きいバリウムイオンを取り込ませ、その構造を様々な実験手法を組み合わせて明らかにしました。岡山大惑星物質研、東北大金研との共同研究です。

New publication on structure of Ba-doped calcite

Baをドープしたカルサイトの構造に関する論文が出版

博士課程1年の森悠一郞さんによる｢学生の声｣が地球惑星科学専攻のホームページに掲載されました。

森さんの「学生の声」が地球惑星科学専攻のページに掲載

D1の森悠一郞さんを筆頭著者として出版した、FeSi合金への高温高圧下での水素取り込みを中性子回折で観察した仕事が、日本鉱物科学会の論文賞をいただくことになりました。森さん、おめでとうございます。

Mori Y., Kagi H., Kakizawa S., Komatsu K., Shito C., Iizuka-Oku R., Aoki K., Hattori T., Sano-Furukawa A., Funakoshi K., and Saitoh H. (2021) Neutron diffraction study of hydrogen site occupancy in Fe0.95Si0.05 at 14.7 GPa and 800 K. 

森さん 日本鉱物科学会 論文賞

Shito C., Kagi H., Kakizawa S., Aoki K., Komatsu K., Iizuka-Oku R., Abe J., Saitoh H., Sano-Furukawa A., and Hattori T. (2022) Hydrogen occupation and hydrogen-induced volume expansion in Fe0.9Ni0.1Dx at high P-T conditions. American Mineralogist,  

1年前に修士課程を修了した市東さんを筆頭著者とした論文がAmerican Mineralogistに受理されました。鉄ニッケル合金に水素原子が取り込まれることでどれだけ体積が膨張するかを調べました。核の水素量を見積もるための基礎となる仕事です。

Accepted article on hydrogenation of Fe-Ni alloy

鉄ニッケル合金の水素化に関する論文が受理

We published a paper reporting technical developments of a diamond-anvil cell for single-crystal neutron diffraction. 

Yamashita K., Komatsu K., Ohhara T., Munakata K., Irifune T., Shinmei T., Sugiyama K., Kawamata T., and Kagi H. (2022) Improvement of nano-polycrystalline diamond anvil cells with Zr-based bulk metallic glass cylinder for higher pressures: application to Laue-TOF diffractometer. High Pressure Research, 42, 121-135. 

D3の山下さんが開発した単結晶中性子回折用ダイヤモンドアンビルセル (DAC) の論文がHigh Pressure Researchに出版されました。

山下さんが開発してきたDACを、より安定して高い圧力を発生させられるように改良したという内容です。

New paper about development of new diamond anvil cell for single-crystal neutron diffraction

単結晶中性子回折用高圧セルの論文が出版

Dr. Keishiro Yamashita, who received his Ph.D. in March 2022, has published a paper from Acta Crystallographica C on a new high-pressure phase of KCl hydrate. A figure from this paper was selected for the cover of Acta Cryst. C.

During the crystal growth of the new KCl hydrate, high-pressure phases of water (ice) unavoidably crystallise simultaneously. Dr Yamashita optimised the crystallisation conditions to suppress formation of low-symmetry high-pressure phases of ice (ice VI) and obtained diffraction patterns of the new hydrate with high-symmetry ice VII. Thanks to this, crystal-structure determination was enabled.

X-ray diffraction is not capable of detecting hydrogen atoms in crystal structures, but by combining DFT calculations, Dr Yamashita successfully discussed the hydrogen-chloride bondings in the crystal structure.

2022年３月に博士号を取得した山下恵史朗さんが、本研究室在籍時に発見した新たなKCl水和物高圧相に関する論文がActa Crystallographica Cから出版されました。本論文の図がActa Cryst. C.誌のcoverに選ばれました。

山下さんは、KCl水和物の高圧相を新規に発見したのみならず、同時に成長してしまう氷の高圧相を制御し、対称性の高いice VIIと新規水和物が同時に成長するような条件を見つけることで、水和物の構造決定の邪魔になる氷の回折パターンを最小限にするという工夫で構造決定に成功しました。さらに、DFT計算を組み合わせることで、X線回折では議論が難しい水素原子に関する知見も得られました。

A new paper on a novel KCl-hydrate discovered under pressure

高圧下で安定な新規KCl水和物に関する論文を発表

A paper first-authored by Dr. Yamashita (currently a post-doc researcher in University of Innsbruck) is now open on PNAS. We elucidated unique local structure and atomic distribution in ice VII through neutron diffraction.

Yamashita K., Komatsu K., Klotz S., Fabelo O., Maria T. Fernández-Díazc M.T., Abe J., Machida S., Hattori T., Irifune T., Shinmei T., Sugiyama K., Kawamata T., and Kagi H. (2022) Atomic distribution and local structure in ice VII from in-situ neutron diffraction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119, e2208171119. 

3月に学位を取得した山下恵史朗さん（現・海外学振PD、オーストリア インスブルック大学）を筆頭著者とする、ice VII の精密結晶構造解析の論文がPNASに出版されました。高圧その場中性子回折実験により、これまで知られていなかった特徴的な原子分布を明らかにしました。

粉末ならびに単結晶中性子回折データの最大エントロピー法による解析から、ice VII中の水分子中の水素原子は、下図に示されるような特徴的なリング状の分布をもつことが明らかになりました（A/Cは粉末回折から、B/Dは単結晶回折から求められた原子分布）。

このような局所構造を明らかにするためには、まず質の良い回折データを得ることが必要不可欠です。小松准教授が開発してきた粉末中性子回折用高圧プレス Mito system に加え、山下さんが開発した単結晶中性子回折用ダイヤモンドアンビルセルを用いることで、今回のような精緻な議論が可能になりました。

New publication on detailed crystal-structure analysis of ice VII

Ice VIIの精密結晶構造解析の論文が出版

A paper first-authored by Mr. Zhao who obtained MSc degree last September has been published on Journal of Solid State Chemistry. 

We discovered that compression of CoSO4·6H2O and CoSO4·7H2O resulted in a novel high-pressure phase, CoSO4·5H2O, and determined its crystal structure through in-situ single-crystal X-ray diffraction.

, and Nakano S. (2022) Pressure-induced phase transitions of cobalt sulfate hydrates and discovery of a new high-pressure phase, CoSO4・H2O, 

2021年の秋に修士課程を終了した趙さんを筆頭著者とする論文がJournal of Solid State Chemistryに出版されました。

CoSO4·6H2O や CoSO4·7H2O に圧力をかけていくと、新規高圧相である CoSO4·5H2O へと相転移することを示し、その結晶構造を高圧下その場単結晶X線回折によって決定しました。NIMSの中野智志博士との共同研究です。

New paper on novel high-pressure phase of cobalt sulfate hydrate

硫化コバルト水和物の高圧新規相の論文が出版

鍵教授とD1の森さんによる日本語の総説が出版されました。J-PARCの高圧中性子回折ビームラインPLANETにおける鉄の水素化に関する中性子回折実験の結果をまとめたものになっています。

地球核は鉄を主成分とする合金であると考えられますが、地震波観測から予測される核の密度は鉄より低く、軽元素が溶け込んで密度を低下させていると推測されています。水素はその有力な候補と考えられますが、鉄のような重元素からなる結晶中に存在する水素の位置や量を決定することは容易ではありません。鍵研のメンバーも協力して建設されたJ-PARC MLFの高圧中性子回折ビームラインPLANETは、実験的に困難が伴う高温高圧下での中性子回折実験を可能にし、実際の地球核の圧力にはまだ及ばないものの、この分野の新しいアプローチを拓いてきました。

今回の総説には、PLANETを用いて明らかになってきた地球深部の水素に関する知見がまとまっています。

鉄水素化物の中性子回折実験に関する総説を出版

埼玉県立不動岡高校に実験講義に出かけてきました。鍵教授に加え、修士1年の3人と卒論生1人がTAとして参加しました。

埼玉県立不動岡高校で実験講義

Our paper reporting the first crystallographic evidence for a hydrogen-ordered state corresponding to ice IV has been published at J. Phys. Chem. Lett. We detected evidence for a weak hydrogen-ordering phase transition in DCl-doped ice IV using in-situ neutron diffraction methods at PLANET beamline in MLF/J-PARC.

M2の小林さんを筆頭著者とする論文がJ. Phys. Chem. Lett.誌にて出版されました。高圧準安定相である氷IVの水素秩序化の証拠を、J-PARCの高圧中性子回折ビームラインPLANETにおける実験で初めて捉え、報告しました。

New paper about the hydrogen ordering in ice IV

氷IVの水素秩序化に関する論文を発表

Our new paper about NaCl tridecahydrate authored by ex-students Dr Yamashita and Mr Nakayama et al. has been published at Acta Cryst. B!

In this paper, we report precise crystal structure including hydron (deuterium) atomic distributions revealed by in-situ high-pressure neutron diffraction methods using high-pressure apparatus developed by Prof Komatsu and Dr Yamashita throughout the years. We also revealed the structural similarities (and differences) with ice VI.

Yamashita K., Nakayama K., Komatsu K., Ohhara T., Munakata K., Sano-Furukawa A., and Kagi H. (2023) Hydrogen-bond network in sodium chloride tridecahydrate, analogy with ice VI. Acta Crystallographica B., 79, 414-426. 

卒業生の山下さん、中山さんらを著者とするNaCl 13水和物の構造解析論文がActa Cryst. B誌に出版されました。

この水和物は高圧で生じる新規水和物として今年アメリカのグループからも発表されていましたが、我々は小松准教授・山下さんらが開発してきた高圧下中性子回折専用の装置群の強みを生かし、水素（重水素）の分布を含めた精密な構造解析を行ったうえで、これまで議論されていなかった水和物と氷高圧相（氷VI）との構造類似性を報告しました。

New paper about the structure of NaCl tridecahydrate

NaCl 13水和物の構造解析論文を発表

9月から11月にかけて秋の国内学会に参加してきました。

鉱物科学会：鍵、小松、森（D2）、高野（M2）、森田（M1）

結晶学会：鍵、小松、伊藤（D2）、小林（M2）、佐藤（B4）

高圧討論会：鍵、小松、高橋（PD）、He（PD）、伊藤（D2）、高野（M2）、安田（M2）、小林（M2）

秋の学会

M2 村上さん・高久さん、B4 森田さん・嶋さんが卒業しました。おめでとうございます。

祝 卒業

Ms Morita and Mr Shima enrolled in the Dept. of Chem., Graduate School, to continue their research in our lab. Ms Yoshioka and Ms Sato join our group for undergraduate research. Dr Takebe also joins our group as technical staff. Welcome, all!

森田さん・嶋さんが化学専攻 修士課程に入学しました。吉岡さん・佐藤さんが卒業研究のために研究室に加わりました。また、武部さんが技術補佐員として加わります。

研究室でメンバーの集合写真を撮りました。皆さん、今年度もよろしくお願いします。

Welcome 

入学・新メンバー

A paper led by Dr. He, a graduate of our group, on hydrogen bonding in fluorine-bearing brucite has been published in Inorganic Chemistry.

Brucite, Mg(OH)2, has a fundamental layered hydroxide structure and serves as a model material for studying hydrogen bonds in solids. In this study, we combined neutron powder diffraction, Raman spectroscopy, and infrared absorption spectroscopy to investigate how fluorine substitution affects hydrogen bonding in brucite. We found that fluorine substitution strengthens hydrogen bonds under ambient conditions, whereas under high pressure it suppresses the elongation of hydroxyl bonds and mitigates pressure-induced hydrogen-bond strengthening. These findings provide fundamental insights into the structure–property relations of layered hydroxides through elemental substitution and pressure, whilst also contributing to our understanding of hydrous minerals and the fluorine cycle in the deep Earth.

, Sano-Furukawa A., Abe J., Fukuyama K., Shinmei T., Nakano S. (2024) High-pressure behaviors of hydrogen bonds in fluorine-doped brucite. 

卒業生のHeさんを筆頭とする、フッ素を含むブルーサイトの水素結合に関する論文が、Inorganic Chemistry誌に出版されました。

ブルーサイトMg(OH)2 は、層状水酸化物の基本構造をもち、固体中の水素結合を研究するための代表的な物質です。本研究では、中性子粉末回折、ラマン分光および赤外吸収分光を組み合わせ、フッ素置換がブルーサイトの水素結合に及ぼす影響を調べました。常圧ではフッ素置換によって水素結合が強まる一方、高圧下では水酸基の結合長の伸びが抑えられ、圧力による水素結合の強化が緩和されることが明らかになりました。この結果は、元素置換と圧力によって層状水酸化物の構造や物性を制御するための基本的な知見であると同時に、地球深部における含水鉱物の性質やフッ素循環の理解にもつながる成果です。

New paper about F-bearing brucite

フッ素ドープブルーサイトに関する論文が出版されました

A paper led by Associate Professor Kazuki Komatsu and Takanori Murakami, a graduate of our laboratory, has been published in Inorganic Chemistry.

Ammonium chloride (NH4Cl) is a representative material that undergoes order-disorder phase transitions through the orientational ordering of ammonium ions. In this study, sequential powder x-ray diffraction measurements were conducted at low temperatures and high pressures to examine structural changes with temperature and pressure in detail. Our XRD data confirm that the transition at room temperature and 0.7–1.0 GPa is first-order accompanied by a volume change. We also revealed differences in the degree of ammonium-ion ordering between cooling and heating at low temperatures. Furthermore, the high-pressure phase V was shown for the first time to have a tetragonal structure with alternating ammonium-ion orientations. We showed thathydrogen bonding plays an important role in the formation of phase V.

 (2025) Phase transitions of NH4Cl under low temperature or high pressure observed by sequential powder X-ray diffraction. 

小松准教授、卒業生の村上さんを中心とし、塩化アンモニウム（NH4Cl）の相転移を調べた論文が、Inorganic Chemistry誌に出版されました。

塩化アンモニウムは、結晶中のアンモニウムイオンの向きが秩序化することで相転移を起こす代表的な物質です。本研究では、低温および高圧下で粉末X線回折データを連続的に測定し、温度・圧力による結晶構造の変化を詳細に調べました。その結果、室温・0.7–1.0 GPaで起こる相転移が体積変化を伴う一次相転移であることを確認するとともに、低温での冷却・加熱過程ではアンモニウムイオンの秩序化の程度に違いが生じることを示しました。さらに、高圧相であるV相がアンモニウムイオンの向きが交互に配列した正方晶構造をもつことを初めて明らかにし、水素結合がその構造形成に重要な役割を果たすことを示しました。

New paper about the phase transitions in NH4Cl

NH4Clの相転移挙動に関する論文が出版されました

A study led by Dr. Aoki, investigating the magnetic transition of iron using neutron diffraction, has been published in 

The crystal structure of iron changes with temperature and pressure, and magnetism plays an important role in its phase stability. However, the relationship between magnetic and structural transitions under high pressure has not been well understood. In this study, we investigated the temperature dependence of magnetization in α-iron by directly observing magnetic scattering from iron in 

 neutron diffraction experiments. Our results show that the Curie temperature, at which iron loses its ferromagnetism, decreases significantly with pressure, from 1043 K at ambient pressure to 740 K at 6.7 GPa. Furthermore, at 6.7 GPa, the structural transition from the α phase to the γ phase occurs after this magnetic transition. This demonstrates that the α–γ transition is a transformation from a paramagnetic body-centered cubic structure to a paramagnetic face-centered cubic structure.

, Machida A., Smith H., Hattori T., Sano-Furukawa A., and Funakoshi K. (2026) Spontaneous magnetization curve of α-iron at high pressures determined using in situ neutron diffraction. 

客員共同研究員の青木博士を筆頭とし、鉄の磁気転移を中性子回折を用いて調べた仕事がPhys. Rev. B誌において出版されました。

鉄の結晶構造は温度・圧力によって変化し、その相安定性には磁性が深く関わっています。しかし、高圧下における磁気転移と構造相転移の関係は十分に解明されていません。本研究では、高温高圧その場中性子回折実験により、鉄の磁気散乱を直接観測することで、α鉄の磁化の温度変化を調べました。その結果、強磁性を失うキュリー温度は圧力とともに大きく低下し、常圧の1043 Kから6.7 GPaでは740 Kまで下がることが明らかになりました。さらに、6.7 GPaでは磁気転移の後にα相からγ相への構造転移が起こります。すなわち、α–γ転移は、常磁性の体心立方構造から常磁性の面心立方構造への変化であることが明らかになりました。

New paper about magnetic transitions in iron

鉄の磁気転移に関する論文が出版されました

A paper led by our alumnus Dr. Fukuyama on nitrogen solubility in Fe-bearing bridgmanite has been now published in Chemical Geology.

Nitrogen in the Earth is thought to be depleted relative to CI chondrites, a discrepancy known as the “missing nitrogen” problem. In this study, we conducted high-pressure and high-temperature experiments to investigate how nitrogen is incorporated into bridgmanite, the dominant mineral in Earth’s lower mantle. Our results show that nitrogen solubility increases with increasing iron content. Although bridgmanite in the present lower mantle alone cannot account for the missing nitrogen, the findings suggest that during the solidification of the early Earth’s magma ocean, bridgmanite may have helped retain nitrogen in the deep mantle.

, Irifune T., Shine T., Inoue Y., Yamamoto J., Villeneuve J., and Füri E. (2026) Nitrogen solubility in Fe-bearing bridgmanite and its implications for nitrogen segregation in Earth's deep magma ocean. 

卒業生の福山さんを筆頭とする、鉄含有ブリッジマナイトにおける窒素固溶量に関する論文がChem. Geol.誌に出版されました。

地球に存在する窒素は、CIコンドライトと比較して欠乏していることが示唆されており、これをMissing nitrogenの問題といいます。今回の研究では、下部マントルの主要鉱物であるブリッジマナイトへの窒素の取り込まれ方を、高温・高圧実験によって調べました。その結果、鉄を多く含むほど窒素の溶解量が増加することが明らかになりました。現在の下部マントルにあるブリッジマナイトだけでは窒素の不足分を説明できない一方、初期地球のマグマオーシャンが固化する過程では、ブリッジマナイトが窒素を深部に隔離・保持する役割を果たした可能性が示されました。

New paper about the nitrogen solubility in Fe-bearing Bridgmanite

鉄含有ブリッジマナイトにおける窒素固溶量に関する論文が出版されました

Our new paper about high-pressure AC calorimetry is now published in Rev. Sci. Instrum.

Calorimetry is a powerful technique to detect endotherms and exotherms associated with phase transitions of materials. We have developed a system using a piston-cylinder apparatus that enables calorimetric measurements up to 2.1 GPa at temperatures below room temperature. Our system is not only limited to solid materials but is also capable of measuring liquids.

 (2026) Qualitative AC calorimetry under high pressure using piston-cylinder apparatus without adiabatic approximation. 

研究室OBの伊藤さんを筆頭著者とする高圧下熱測定用装置に関する技術論文が Rev. Sci. Instrum. 誌において出版されました。

熱測定は、物質の相転移に伴う熱の移動を検出できることから物質科学研究全般に有用です。我々はピストンシリンダー装置を用いて2.1 GPaまでの高圧下で室温から低温までの比熱が測定可能な装置を開発しました。測定できる試料が固体に限られず、液体でも測定可能な点などが特徴です。

New paper about calorimetric measurements under high pressure

高圧での比熱測定装置開発に関する論文が出版されました

A paper led by our alumnus Dr. Mori on the elastic wave velocity of hydrous post-stishovite under ultrahigh pressures has been published in American Mineralogist.

Dense SiO2 phases such as stishovite and post-stishovite are known to retain relatively large amounts of water in their crystal structures under lower-mantle conditions. In this study, we directly measured the shear-wave velocity of hydrous post-stishovite at pressures of up to 100 GPa by Brillouin spectroscopy using a diamond-anvil cell. The results show that hydrous post-stishovite has a lower shear-wave velocity than its anhydrous counterpart, although the difference gradually diminishes with increasing pressure. This indicates that water softens SiO2 at lower pressures but enhances its pressure-induced stiffening at higher pressures.

 (2026) Ultrahigh-pressure elasticity of dense hydrous SiO2. 

卒業生の森さんを筆頭とする、含水ポストスティショバイトの超高圧下における弾性波速度に関する論文が、American Mineralogist誌に出版されました。

スティショバイトやポストスティショバイトなどの高密度SiO₂相は、沈み込んだ地殻物質に含まれ、下部マントル条件でも比較的多くの水を結晶構造中に保持できることが知られています。本研究では、含水ポストスティショバイトの横波速度を、ダイヤモンドアンビルセルとブリルアン散乱分光法を用いて100 GPaまで直接測定しました。その結果、水を含むポストスティショバイトの横波速度は無水のポストスティショバイトよりも低い一方、その差は圧力の上昇とともに小さくなることが明らかになりました。これは、水が低圧ではSiO2を軟らかくするものの、高圧になるほど圧縮による硬化を促進することを示しています。

New paper about the sound velocity of hydrous stishovite

含水スティショバイトの弾性波速度に関する論文が出版されました

A paper led by our alumnus Dr. Mori on the magnetism and thermal expansion of iron hydride has been published in 

Under high pressure, iron can incorporate hydrogen into its crystal structure, which alters its physical properties such as magnetism and elasticity. In this study, we investigated the relationships among temperature, pressure, and magnetism in iron hydride (dhcp-FeH) synthesized under high-pressure and high-temperature conditions. Our 

 X-ray diffraction experiments and first-principles calculations reveal anomalous thermal expansion at the Curie temperature, i.e., the transition temperature from a ferromagnetic to a paramagnetic state. We also show that with increasing pressure, the Curie temperature is lowered while strengthening the coupling between magnetism and volume change, known as magnetoelastic coupling. This study provides unique experimental evidence of magnetically induced volume anomalies in a transition-metal hydride.

, Park I., Wang Z., Kim D., Tsujino N., Kakizawa S., and Higo Y. (2026) Pressure-induced thermal expansion anomalies in dhcp iron hydride associated with magnetoelastic coupling. 

卒業生の森さんを筆頭とする、鉄水素化物の磁性と熱膨張に関する論文が、

鉄は高圧下では結晶構造中に水素を取り込むことができ、それにより磁性や弾性などの物性が変化します。本研究では、高温高圧で合成した鉄水素化物（dhcp-FeH）について、高温高圧その場X線回折実験と第一原理計算を組み合わせ、温度・圧力・磁性の関係を調べました。その結果、強磁性から常磁性へ転移するキュリー温度において特異な熱膨張挙動が現れ、圧力の増加に伴ってキュリー温度が低下するとともに、磁性と体積変化の結びつき（磁気弾性結合）が強まることが明らかになりました。遷移金属水素化物における磁性由来の体積異常を実験的に示したユニークな成果です。

New paper about the magnetic transition and thermal expansion of iron

鉄の磁気転移と熱膨張に関する論文が出版されました

A paper led by our alumnus Dr. Mori on the volume expansion of hcp iron hydride has been published in 

Journal of Geophysical Research: Solid Earth

Hydrogen is one of the leading candidates for a light element in planetary cores. When hydrogen is incorporated into iron, it causes the volume expansion of iron. In this study, we conducted in situ X-ray diffraction experiments at 10–25 GPa and 300–900 K on hexagonal close-packed iron hydride (hcp-FeHx) synthesized with a controlled hydrogen content, examining its volume changes under high-pressure and high-temperature conditions. We found that the volume expansion per hydrogen atom decreases with increasing pressure and that the effect of temperature becomes weaker at higher pressures. We also showed that the hydrogen-induced volume expansion depends on the crystal structure of iron: the hcp iron requires less hydrogen than the fcc iron to achieve the same density reduction. These findings demonstrate that pressure, temperature, and crystal structure must be properly considered when estimating the hydrogen content of planetary cores from their densities.

, Kakizawa S., Tsujino N., and Higo Y. (2026) Hydrogen-induced volume expansion in hexagonal close-packed iron: Effects of pressure, temperature, and structure. 

卒業生の森さんを筆頭とする、hcp鉄水素化物の体積膨張に関する論文が、

水素は惑星核における有力な軽元素の一つです。鉄に水素が取り込まれると、体積が膨張し、密度を低下させます。本研究では、水素量を制御して合成した六方最密充填構造の鉄水素化物（hcp-FeHx）について、10–25 GPa・300–900 Kにおけるその場X線回折実験を行い、高温高圧下での体積変化を調べました。水素原子1個あたりの体積膨張は圧力の上昇とともに小さくなり、温度の影響も高圧になるほど弱まることが分かりました。また、水素による密度低下の大きさは鉄の結晶構造に依存し、hcp相ではfcc相よりも少ない水素で効率的に密度が低下することを示しました。この成果は、惑星核に含まれる水素量を密度から推定する際に、圧力・温度・結晶構造を適切に考慮する必要があることを示しています。

New paper about hydrogen-induced volume expansion in hcp iron hydride

hcp鉄水素化物の体積膨張度に関する論文が出版されました

A paper led by Mr. Shima, a graduate of our laboratory, on the formation conditions of metastable α-cristobalite has been published in Journal of Mineralogical and Petrological Sciences.

Cristobalite is one of the polymorphs of silica. In this study, we compared the crystallization of α-cristobalite from heated amorphous silica with and without vanadium pentoxide (V2O5) as a flux. Without the flux, crystallization occurred at 1200°C, whilst the addition of V2O5 lowered the formation temperature to 1000°C and produced α-cristobalite crystals with well-developed facets. V2O5 is thought to induce partial melting, which lowers the activation energy for crystallization and promotes crystal growth. These findings would lead to our better understanding of the formation of metastable SiO2 polymorphs and improved control of crystal synthesis.

 (2026) Formation conditions of metastable α-cristobalite from amorphous silica with and without V2O5 flux. 

卒業生の嶋さんを筆頭とする、準安定なα-クリストバライトの生成条件に関する論文が、Journal of Mineralogical and Petrological Sciences誌に出版されました。

クリストバライトはSiO2の多形の一つです。本研究では、非晶質シリカを加熱した際のα-クリストバライトの結晶化過程を、五酸化バナジウム（V2O5）をフラックスとして加えた場合と加えない場合で比較しました。その結果、フラックスを用いない場合には1200℃で結晶化したのに対し、V2O5を加えることで生成温度が1000℃まで低下し、結晶面が明瞭に発達したα-クリストバライトが得られることが分かりました。V2O5は結晶構造を化学的に安定化するのではなく、部分融解を引き起こすことで結晶化の活性化エネルギーを低下させ、結晶成長を促進すると考えられます。この成果は、SiO2の準安定相が形成される機構の解明や、結晶合成制御につながることが期待されます。

New paper about the crystallisation of α-cristobalite from amorphous silica

非晶質SiO2からαクリストバライトへの結晶化に関する論文が出版されました

A paper on aqueous tungsten speciation, led by Dr. Takahashi, who was a JSPS Postdoctoral Fellow in our group through FY2024, has been published in Chemical Geology.

Tungsten plays an important role in hydrothermal ore formation and elemental transport in subduction zones, yet its chemical forms in high-temperature and high-pressure fluids deep within the Earth remain poorly understood. In this study, we investigated aqueous tungsten speciation at conditions of up to approximately 800°C and 1.4 GPa by combining in situ Raman spectroscopy using a hydrothermal diamond-anvil cell (HDAC) with density functional theory (DFT) calculations. The results show that, in high-temperature fluids, tungsten occurs primarily as mononuclear species such as the hydrogentungstate ion (HWO4-), rather than as species composed of multiple tungsten atoms. HWO4- is likely a major species responsible for tungsten transport in NaCl-bearing fluids. This result provides new insights into ore formation and fluid–rock interactions in deep subduction zones.

 (2026) Tungsten(VI) speciation in aqueous fluids at high pressures and high temperatures: in-situ Raman spectroscopy supported by DFT calculations. 

2024年度まで本研究室に学振PDとして在籍していた高橋さんを筆頭とする、タングステンの溶存状態に関する論文がChemical Geology誌にて出版されました。

タングステンは、熱水鉱床の形成や沈み込み帯における元素移動に重要ですが、地球深部の高温・高圧流体中でどのような化学種として存在するかは十分に分かっていません。本研究では、最高約800℃・1.4 GPaの条件で、熱水ダイヤモンドアンビルセル（HDAC）を用いたその場ラマン分光測定と、密度汎関数理論（DFT）計算を組み合わせて、タングステンの溶存形態を調べました。その結果、高温流体中では複数のタングステン原子が結合した化学種ではなく、主に単核のタングステン酸水素イオン(HWO4-)などとして存在することが明らかになりました。特にHWO4-は、塩化ナトリウムを含む流体によるタングステンの移動を担う主要な化学種と考えられるため、鉱床形成や沈み込み帯深部での流体-岩石反応を理解する手がかりとなります。

New paper about tungsten(VI) in high-pressure and high-temperature fluids

高温高圧流体中のタングステンに関する論文が出版されました

Our PhD student Mika Yoshioka received Outstanding Student Presentation Award for her poster presentation at the JpGU-AGU joint meeting held in May.

5月に開催されましたJpGU-AGU Joint Meeting 2026の宇宙惑星科学セクションにおいて、D1の吉岡 美香さんが学生優秀発表賞を受賞しました。おめでとうございます！

Ms. Yoshioka received Outstanding Student Presentation Award at JpGU-AGU Joint Meeting 2026

吉岡さんがJpGU-AGU Joint Meeting 2026で学生優秀発表賞を受賞

Mr Kawamichi, a second-year Master’s student, received the Student Encouragement Award at Annual Meeting of the Geochemical Society of Japan. Congratulations!

News

30 Sep. 2026/Ms. Yoshioka won the young scientist poster award at Discussion Meeting on Crystal GrowthNews

26 Sep. 2026/New paper about hydrogen-induced volume expansion in hcp iron hydrideNew publication

18 Sep. 2026/Mr. Kawamichi received a student award at the annual meeting of Geochemical Society of JapanNews

10 Jul. 2026/Ms. Yoshioka received Outstanding Student Presentation Award at JpGU-AGU Joint Meeting 2026News

7 Jul. 2026/New paper about the magnetic transition and thermal expansion of ironNew publication

5 Jul. 2026/New paper about tungsten(VI) in high-pressure and high-temperature fluidsNew publication

1 Jul. 2026/New paper about the sound velocity of hydrous stishoviteNew publication

11 May 2026/New paper about magnetic transitions in ironNew publication

16 Mar. 2026/New paper about the negligible hydrogen solubility in FeS VNew publication

13 Mar. 2026/New paper about calorimetric measurements under high pressureNew publication