利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NI0401

利用課題名 / Title

PbFeO₃ の高圧下での ⁵⁷Fe メスバウアー分光測定

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋工業大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

メスバウアー分光, ペロブスカイト酸化物, PbMO3,メスバウアー分光/Mössbauer spectroscopy,セラミックスデバイス/ Ceramic device,資源代替技術/ Resource alternative technology

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

東正樹

所属名 / Affiliation

東京工業大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

川上隆輝,劉　丘民

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

壬生　攻

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NI-004：メスバウアー分光装置群

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

Aサイトが鉛であるペロブスカイト酸化物PbMO₃（M：3d遷移金属）は、Pb²⁺が持つ孤立電子対の立体障害や、Pb²⁺とPb⁴⁺の電荷自由度により、特徴的な構造と電荷分布を持つ[1]。近年我々は、高圧合成されるPbFeO₃が、空間群Cmcmの2a×6a×2a（a：単純ペロブスカイトの格子定数）の超構造とPb²⁺_0.5Pb⁴⁺_0.5Fe³⁺O₃の電荷分布を持つ事を明らかにした[2]。Fig. 1のこの構造では、Pb2+だけの層(A)と、Pb²⁺:Pb⁴⁺が1:3に秩序配列した層(B)が-A-B-B-の順に積層しており、環境の異なる2つのFe³⁺が存在する。同じ電荷分布を持つPb²⁺_0.5Pb⁴⁺_0.5Cr³⁺O₃が4GPaの高圧下でPb-Cr間の電荷移動によってPb²⁺Cr⁴⁺O₃へと相転移することから[3]、PbFeO₃においても同様の電荷移動転移が起こると期待される。本研究では、PbFeO₃中のFeイオンの圧力下での配位環境と価数の変化をメスバウアー分光で調べた。

実験 / Experimental

⁵⁷Feを25%エンリッチしたPbFeO₃試料を高圧合成し、透過法で⁵⁷Feメスバウアースペクトルを測定した。圧力下の測定にはダイヤモンドアンビルセルを用いた。速度範囲は±12 mm/sで、速度校正はα-Fe箔のスペクトルで行い、スペクトルの重心位置を速度0 mm/sの基準に設定した。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 2に3.0 GPa、23.0 GPa、32.5 GPaでのメスバウアースペクトルを示す。3 GPa、23.0 GPaでは2つの磁気分裂サブスペクトルが観測され、これはFe³⁺が２サイト存在することに対応する。これに対し、32.5 GPaのデータは一成分でフィットすることができた。また、アイソマーシフトに大きな変化はなく、金属間電荷移動は起こっていない事がわかった。これらの結果は、高圧相が１つのFeサイトを持つPnmaの斜方晶であり、常圧相から高圧相の転移に伴ってFe価数の上昇を示す体積変化はない、という放射光X線回折の結果とも符合している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 PbFeO₃の結晶構造

Fig. 2 PbFeO₃の圧力下メスバウアースペクトル

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献[1] M. Azuma et al., Annu. Rev.Mater. Res., 51, 329 (2021).[2] X. Ye et al., Nat. Commun., 12, 1917 (2021)[3] R. Yu et al., J. Am. Chem. Soc., 139, 4574–4581 (2017).

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件