Chemical states of localized Fe atoms in hydrides by in-beam Mossbauer spectroscopy

• Project/Area Number: 16K05012
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Kobayashi Yoshio 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30221245)
• Research Collaborator: YAMADA Yasuhiro ; KUBO Kenya M. ; MIHARA Mototsugu ; SATO Wataru ; NAGATOMO Takashi ; MIYAZAKI Jun ; KOBAYASHI Junji ; OKAZAWA Atsushi ; SATO Shinji ; KITAGAWA Atsushi
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: インビーム・メスバウアー分光法 / 短寿命核 / マンガン-57 / 鉄-57 / 水素化物 / イオン注入 / 入射角破砕反応 / インビーム・メスバウアー分光 / メスバウアースペクトル / 固体水素 / 入射核破砕反応 / 水素化アルミニウムリチウム / 氷 / 固体窒素 / 低温マトリックス / エチレン / アセチレン / 孤立原子 / 電子状態 / 電子ダイナミクス / 内部転換電子 / 量子ビーム / 放射線 / 物性実験 / 化学物理 / 水素

Outline of Final Research Achievements

In-beam Mossbauer spectroscopy was carried out at the heavy-ion accelerator in NIRS. Short-lived Mossbauer probe nuclei 57Mn (half-life 1.45 minutes) were obtained by the projectile fragmentation reaction between 58Fe accelerated to 500 MeV per nucleon and a Be thick target. The in-beam Mossbauer spectra were measured by on-line technique with a gas flow parallel-plate avalanche counter (PPAC). The electronic and chemical states of 57Fe in lithium aluminum hydride and ice were discussed, together with the Mossbauer parameters and the results of density function calculations. The apparatus for solid hydrogen was designed and the electron density calculation of Fe atoms at interstitial sites in the hydrogen matrix was performed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

化学反応や結合様式の基礎的理解を深めるには、孤立状態にある分子の観察が必要である。従来、希ガスマトリックス中に対象化合物を捕捉するマトリックス単離法が適用されているが、希ガスマトリックス単離法を応用して、マトリックス原子とプローブ元素との反応生成物に関する測定例は非常に少ない。希薄濃度の金属イオンをマトリックス中に捕捉することが非常に難しく、常にクラスター生成の影響を考慮する必要があるためである。インビーム・メスバウアー分光法は、完全に孤立した原子に関する情報をオンラインで測定することができる。鉄の水素化物に関する知見は少なく、水素化社会に向けての基礎データを得ることも可能である。

Research Products

• [Journal Article] Chemical reactions of localized Fe atoms in ethylene and acetylene matrices at low temperatures using in-beam Mossbauer spectroscopy (2018)
  • Author(s): Y. Kobayashi, Y. Yamada, M. K. Kubo, M. Mihara, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagatomo, K. Takahashi, S. Tanigawa, Y. Sato, D. Natori, M. Suzuki, J. Kobayashi, S. Sato, A. Kitagawa
  • Journal Title: Hyperfine Interact. Volume: 238 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1007/s10751-018-1494-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In-Beam Mossbauer Spectra of 57Mn Implanted into Ice (2018)
  • Author(s): Y. Yamada, Y. Sato, Y. Kobayashi, M. Mihara, M. K. Kubo, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagatomo, S. Tanigawa, D. Natori, J. Kobayashi, S. Sato, A. Kitagawa
  • Journal Title: Hyperfine Interact. Volume: 238 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1007/s10751-018-1500-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] インビーム・メスバウアー分光法を用いた57Fe原子の化学状態の分析 (2017)
  • Author(s): 鈴木聖人，谷川祥太郎，佐藤祐貴子，小林義男，山田康洋，久保謙哉，三原基嗣，長友 傑，佐藤 渉，宮﨑 淳，佐藤眞二，北川敦志
  • Journal Title: 放射化学 Volume: 35 Pages: 59-61
  • Open Access
• [Journal Article] Chemical states of localized Fe atoms in ethylene matrices using in-beam Mossbauer spectroscopy (2016)
  • Author(s): Y. Kobayashi, Y. Yamada, S. Tanigawa, M. Mihara, M. K. Kubo, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagatomo, Y. Sato, D. Natori, M. Suzuki, J. Kobayashi, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 237 Issue: 1 Pages: 1511-1516
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1353-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] フッ化カルシウムに注入された孤立Fe原子の化学状態 (2019)
  • Author(s): 小林義男
  • Organizer: 科研費新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋」キックオフシンポジウム
• [Presentation] 不安定核ビームを応用したイオンビーム・メスバウアー分光法による物質科学の研究（17H238） (2019)
  • Author(s): 久保謙哉
  • Organizer: 平成29年度HIMAC共同利用研究成果発表会
• [Presentation] インビーム・メスバウアー分光法による孤立プローブ核の化学反応の研究（18H301） (2019)
  • Author(s): 小林義男
  • Organizer: 平成29年度HIMAC共同利用研究成果発表会
• [Presentation] In-Beam Mossbauer Spectra of 57Mn implanted into LiAlH4 (2019)
  • Author(s): Y. sato, Y. Yamada, Y. Kobayashi, M. K. Kubo, M. Mihara, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagataomo, T. Ando, N. Takahama, K. Some, M. Sato, S. Sato, A. Kitagawa
  • Organizer: "nd International Conference on Radioanalytical and Nuclear Chemistry (RANC2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 窒素マトリックスにイオン注入したFe原子の化学状態 (2018)
  • Author(s): 佐藤方実, 小林義男, 山田康洋, 久保謙哉, 三原基嗣, 佐藤 渉, 長友 傑, 高橋賢也, 安藤貴俊, 高濱矩子, 染佳梨子, 小林潤司, 佐藤眞二, 北川敦志
  • Organizer: 第55回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] CaF2に注入されたFe原子のインビーム・メスバウアースペクトル (2018)
  • Author(s): 高濱 矩子, 小林義男, 山田康洋, 久保謙哉, 三原基嗣, 佐藤 渉, 長友 傑, 高橋賢也, 安藤貴俊, 染佳梨子, 小林潤司, 佐藤眞二, 北川敦志
  • Organizer: 第55回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] インビーム・メスバウアー分光法による孤立プローブ核の化学反応の研究（15H301） (2018)
  • Author(s): 小林義男
  • Organizer: 平成28年度HIMAC共同利用研究成果発表会
• [Presentation] 不安定核ビームを応用したイオンビーム・メスバウアー分光法による物質科学の研究（17H238） (2018)
  • Author(s): 久保謙哉
  • Organizer: 平成28年度HIMAC共同利用研究成果発表会
• [Presentation] In-Beam Mossbauer Spectra of 57Mn Implanted into Ice (2018)
  • Author(s): Y. Yamada, Y. Sato, Y. Kobayashi, M. Mihara, M. K. Kubo, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagatomo, S. Tanigawa, D. Natori, J. Kobayashi, S. Sato, A. Kitagawa
  • Organizer: Mediterranean Conference on the Applications of the Mossbauer Effect (MECAME2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In-beam Mossbauer Studies of 57Mn Implanted into CaF2 (2018)
  • Author(s): Y. Kobayashi, N. Takahama, Y. Yamada, Y. Sato, M. K. Kubo, M. Mihara, W. Sato, K. Takahashi, K. Some, T. Ando, M. Sato, T. Nagatomo, J. Miyazaki, J. Kobayashi, S. Sato, and A. Kitagawa
  • Organizer: Mediterranean Conference on the Applications of the Mossbauer Effect (MECAME2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] CaF₂に注入されたFe原子のインビーム・メスバウアースペクトル (2017)
  • Author(s): 高濱矩子, 小林義男, 山田康洋, 久保謙哉, 三原基嗣, 佐藤渉, 長友傑, 宮﨑淳, 佐藤眞二, 北川敦志
  • Organizer: 平成29年度京都大学原子炉実験所KUR専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究」
• [Presentation] 低温 C2H4/Ar マトリックス中の孤立57Fe原子の化学状態 (2016)
  • Author(s): 鈴木聖人，谷川祥太郎，佐藤祐貴子，小林義男，山田康洋，久保謙哉，三原基嗣，長友 傑，佐藤 渉，宮﨑 淳，佐藤眞二，北川敦志
  • Organizer: 2016日本放射化学会・第60回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 新潟大学（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] Chemical states of localized Fe atoms in ethylene matrices using in-beam Mossbauer spectroscopy (2016)
  • Author(s): Y. Kobayashi, Y. Yamada, S. Tanigawa, M. Mihara, M. K. Kubo, W. Sato, J. Miyazaki, T. Nagatomo, Y. Sato, D. Natori, M. Suzuki, J. Kobayashi, S. Sato, A. Kitagawa
  • Organizer: 2nd Mediterranean Conference on the Applications of the Mossbauer Effect (MECAME 2016)
  • Place of Presentation: Cavtat, Croatia
  • Year and Date: 2016-05-31
  • Int'l Joint Research / Invited