レーザーアブレーションによって生成する鉄原子のメスバウアー分光法による研究

• Project/Area Number: 07854038
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山田 康洋 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (20251407)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1995: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: レーザーアブレーション / メスバウアー分光 / 鉄単原子 / 鉄微粒子 / 低温マトリックス単離 / ヨウ化鉄

Research Abstract

本研究の目的は、金属鉄をレーザーアブレーションしたときの高密度励起によって生じる単原子や鉄クラスターなどの電子状態をメスバウアー分光法により直接観測し、これらの化学種の反応性をしらべることである。
金属^<57>FeにKrFエキシマレーザー光を照射し、レーザー蒸発によって生成する鉄微粒子を、Arガスと共に、閉サイクルヘリウム冷凍機により17Kに冷却したAl板上に凝縮させ、このマトリックス単離試料をメスバウアー分光法により測定した。装置の大部分は既設のものでるが、本研究のために、試料生成部の真空容器の改造と、電磁弁によるマトリックスガス導入の制御装置の製作を新たに行った。
本研究で得られたメスバウアースペクトル上にはバルクの鉄の他、モノマー^<57>Fe、ダイマー^<57>Fe_2、^<57>Fe_3, ^<57>Fe_4クラスターなどの様々な鉄微粒子がみられ、その生成比は試料の混合比、1パルス当たりの導入量、パルス間隔などのマトリックス単離試料の生成条件によって変化変化した。これは、レーザー蒸発直後の解離過程の変化によるものではなく、むしろマトリックス中での拡散・凝集過程の差によるためと考えられる。マトリックスガス導入のパルス間隔が短い場合には、温度上昇のために、鉄微粒子がマトリックス生成時に拡散・凝集し、クラスター成分の強度比が鉄単原子に比べて大きくなるが、パルス導入間隔が長いと試料が十分に分散された状態でマトリックス単離試料が生成するので鉄単原子が捕えられやすくなる。また、マトリックス試料のアニーリングによって、鉄単原子の減少と、それに伴うクラスターの増大がみられ、マトリックス中で鉄単原子が拡散し、クラスター成長することが分かった。
さらに、CH_3Iと反応させた場合には2価の鉄化学種が捕らえられ、そのメスバウアーパラメータからバルクとは異なる構造をもつ単分子のFeI_2が捕捉されることを見出した。