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Investigation of the charge order of mixed valence iron oxides by using micro Mossbauer beam

Research Project

Project/Area Number 23K03308
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionTeikyo University

Principal Investigator

中村 真一  帝京大学, 理工学部, 教授 (80217851)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 下村 晋  京都産業大学, 理学部, 教授 (00260216)
三井 隆也  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (20354988)
藤原 孝将  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 研究員 (50847150)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsメスバウアー回折 / 核共鳴散乱 / マイクロメスバウアービーム / 電荷秩序配列 / 純核ブラッグ散乱 / 混合原子価鉄酸化物
Outline of Research at the Start

大型高輝度放射光施設SPring-8 BL11XUに申請者らが開発した放射光メスバウアー4軸回折計を用いて,禁制反射から生じる純核ブラッグ散乱を観測することで混合原子価鉄酸化物Fe3O4,LuFe2O4,及び,Fe2BO4の電荷秩序配列を決定する。入射光としてマイクロメスバウアービームを用いることで,数10 μmオーダーの微小領域からの核共鳴散乱のみを取り込むことができるため,従来問題となってきた双晶の影響を排除することができる。

Outline of Annual Research Achievements

大型高輝度放射光施設SPring-8 BL11XUに設置した放射光メスバウアー4軸回折計を用いて,混合原子価酸化物の電荷秩序配列の検証を試みている。2023年度は,Fe3O4低温相の電荷秩序配列検証を取り扱った。立方晶逆スピネル型を有するFe3O4は,AサイトにFe3+,Bサイトに同数のFe2+,Fe3+を有する混合原子価鉄酸化物であり,フェルヴェー点125 K以下での単射晶への構造相転移を伴う電荷秩序配列を生じることが知られている。本研究では,まず,300 Kの立方晶域で,禁制200反射からの純核ブラッグ散乱を用いて,高温相のBサイトのみの核共鳴発光スペクトルの測定に初めて成功した。一方で,BL11XUにおいては,核モノクロメーターから発せられるγ線をKBミラーで2度反射・集光させることで,マイクロメスバウアービームが供せられるようにもなった。
このマイクロメスバウアービームを入射γ線として,主にAサイトスペクトルを供する10 10 0反射(45度法)とBサイトスペクトルのみを供する200反射(純核ブラッグ散乱法)を用いて,低温相のメスバウアー回折スペクトルを測定した。その結果,Aサイトスペクトルは低温相でも1種類のFe3+であるのに対して,Bサイトスペクトルでは,分離した反射(220, 004等)の位置によって異なるFe2+的,Fe3+的核共鳴発光スペクトルが得られた。この結果は,BサイトにおけるFe2+/Fe3+の電荷秩序配列を裏付けるものである。
これらの研究成果の一部は,英文学術論文,国内学会発表,国際学会発表として成果発表を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

放射光メスバウアー回折により,Fe3O4高温相で禁制200反射からの純核ブラッグ散乱によりBサイトのみの核共鳴発光スペクトルの測定に初めて成功した。また,ビームライン設備として,マイクロメスバウアービームが供せられるようにもなった。85 K程度までの低温測定も可能になっている。低温相のメスバウアー回折により,電荷秩序配列を裏付ける結果も得られた。研究成果の一部は,英文学術論文,国内学会発表,国際学会発表として発表し,2024年度においても国際会議発表を行う予定である。
一方,2024年度の研究実施に備え,57Feエンリッチ単結晶のLuFe2O4合成も進めており,第一号単結晶は合成できている。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は,メスバウアー回折によって,電子強誘電体LuFe2O4のFe2+/Fe3+電荷秩序配列の検証を試みる。本物質では,可能な5つの電荷秩序配列モデルが提唱されている。単斜晶c面内の禁制反射00L(L:奇数)からの純核ブラッグ散乱による反射の有無や回折強度を調べ,その反射を用いた核共鳴発光スペクトルの測定行うことで,これらの電荷秩序配列モデルの検証を行う。予備的な測定として,自然鉄単結晶を用いた測定を既に行なっているが,希土類元素(Lu)によるγ線吸収や蛍光X線の発生によって,目的の信号を得ることができなかった。その経験を踏まえ,新たに合成した57Feエンリッチ単結晶を用いて測定を行う計画である。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Mössbauer study of A-site ordered spinel LiFeCr<sub>4</sub>O<sub>8</sub>2024

    • Author(s)
      Nakamura Shin、Katsufuji Takuro
    • Journal Title

      Interactions

      Volume: 245 Issue: 1

    • DOI

      10.1007/s10751-024-01840-1

    • URL

      https://pure.teikyo.jp/en/publications/6d528092-481d-4b97-bcae-4cd47d361386

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synchrotron Moessbauer Micro γ-ray Diffractometer Installed on BL11XU at SPring-82024

    • Author(s)
      Fujiwara Kosuke、Nakamura Shin、Shimomura Susumu、Mitsui Takaya
    • Journal Title

      JPS Conference Proceedings

      Volume: 41 Pages: 011002-011002

    • DOI

      10.7566/jpscp.41.011002

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anomalous Interference Effect in Pure Nuclear Bragg Reflection of Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>2023

    • Author(s)
      Nakamura Shin、Fujiwara Kosuke、Mitsui Takaya、Shimomura Susumu
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Issue: 12

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.124708

    • URL

      https://pure.teikyo.jp/en/publications/80eb3b0f-a0bf-4143-963f-5881fc9393f7

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Fe3O4低温相のメスバウアー回折2024

    • Author(s)
      中村真一, 藤原孝将,三井隆也,下村晋
    • Organizer
      第17回SPRUC核共鳴散乱研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 放射光メスバウアー回折分光による57Fe3O4のフェルベー転移前後のBサイトスペクトルの観測2023

    • Author(s)
      藤原孝将, 三井隆也, 下村晋, 中村真一
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 122型鉄系化合物KFe2P2における近藤効果2023

    • Author(s)
      若杉和弘, 原口祐哉, 中村真一, 勝藤拓郎, 香取浩子
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] EVOLUTION OF THE SYNCHROTRON MOSSBAUER DIFFRACTION SPECTROSCOPY SYSTEM AT BL11XU SPRING-82023

    • Author(s)
      Kosuke Fujiwara,Takaya Mitsui, Susumu Shimomura, and Shin Nakamura
    • Organizer
      International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MOSSBAUER STUDY OF A-SITE ORDERED SPINEL LIFECR4O82023

    • Author(s)
      Shin Nakamura and Takuro Katsufuji
    • Organizer
      International Conference on Hyperfine Interactions and their Applications
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 帝京大学理工学部 中村研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ase.teikyo-u.ac.jp/faculty/nakamura/

    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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