Fe Spinübergang im Erdmantel: Einblicke durch Röntgen-Raman-Streuung und Röntgenabsorptionsspektroskopie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Catherine McCammon; Dr. Christian Sternemann; Professor Dr. Max Wilke
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321897717

Fe2+ (3d6-Elektronenkonfiguration) and Fe3+ (3d5) in Mineralen befinden sich unter Raumbedingungen im Hochspinzustand (HS). Beide können unter Drücken und Temperaturen des Erdmantels in den Niedrigspinzustand (LS) übergehen. Die Änderung des Spinzustandes hat einen signifikanten Einfluss sowohl auf strukturelle, physikalische und chemische Eigenschaften von Fe-Mg-Mineralen, als auch auf geodynamische Prozesse im Erdmantel, die von diesen abhängen. Ziel dieses Projektes ist es, neue experimentelle Einblicke in die elektronischen Änderungen während des HS-LS Überganges zu gewinnen, und ihre Beziehungen zu Änderungen in der lokalen und Kristallstruktur zu belegen. Die neuen Einblicke sollen durch Röntgen-Raman Streuung und Röntgenabsorptionsspektroskopie (inkl. Resonanter Röntgenemissionsspektroskopie, RXES) gewonnen werden. Beide Techniken erlauben es, wertvolle Einlicke in die elektronische und lokale Struktur durch Messung der Fe M, L und K-Kanten zu bekommen. XRS erlaubt auch die Untersunchung z.B. der O K-Kante und der Si, Mg L-Kanten. Die Durchführbarkeit von XRS-Messungen bei Drücken bis zu 50 GPa wurde an Proben von Siderit und Magnesio-Siderit gezeigt. Im Laufe des Projektes sollen die Arbeiten an der Magnesit-Siderit Mischreihe abgeschlossen werden. Das finale Ziel ist, das komplexere Mineral Bridgmanit zu untersuchen, welches eines der häufigsten Minerale des unteren Erdmantel darstellt. Die neu gemessenen Daten werden dazu genutzt, die kontroverse Diskussion bzgl. des Spinüberganges in dieser Mineralphase zu lösen. Mit der Hilfe der gemessenen Daten und DFT-basierten Computersimulationen werden strukturelle Modelle entwickelt. Schliesslich wird die Bedeutung der Ergebnisse für den unteren Erdmantel bewertet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen