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メスバウアー効果で探る鉄水酸化物の結晶粒の大き
柴田研究室 藤原 豊
１．メスバウアー効果とは？
２．粒子の大きさによるスペクトルの変化
さ
メスバウアー効果 ・・・
鉄原子核による
γ線の無反跳吸収
磁性をもった結晶粒の内部磁場の方向は緩和時間τで確率的に反転する。ここで緩和時間τは以下の方程式
できまりV/Tに依存する。内部磁場の反転が遷移にかかる時間τ1~τ3に比べ早くなると、メスバウアースペクト
ルのτ依存性に示すように変化する。
磁化容易軸
透過γ線
γ線
14.4keV
結晶粒
57Co
57Fe
振動させる
比例計数管
ドップラー効果によってγ線のエネルギーをシフトさ
せる。γ線は、57Feで吸収されるために、比例計数
管で右図のようなスペクトルが得られる。
内部磁場方向
 K uV
V
k BT
exp
緩和時間  (C , )  C
T
K uV
k
T
B

 V:結晶粒の体積
T:温度

K
:一軸異方性定数
C=0.1ns
u

メスバウアースペクトルのτ依存性
合成
温度一定下で体積分布しているサン
プルを測定すると、右図のような合成
されたスペクトルが得られる。
分解
57Feの超微細構造。
57Feの
内部磁場により
縮退がとけている。
測定した全ての温度についてスペ
クトルを分解できれば、結晶粒の
体積分布を求めることができる。
メスバウアースペクトル
３．β-FeOOHのメスバウアースペクトルの解析ー結
晶粒の大きさ、β-FeOOHの異方性定数
４．まとめ
β-FeOOHは鉄水酸化物のひとつである。これらは、すべて反強磁性体である。卒業研究で
は、β-FeOOHのメスバウアースペクトルを分解して体積分布と磁気異方性定数Kuを求めた
。
β-FeOOH
6Å
β-FeOOHの結
晶粒
解析
β-FeOOHの
結晶構造
O/OH
Fe
測定したサンプルはβ-FeOOHとそれが脱水して、Fe2O3に変化したものがある。
まず、脱水後のスペクトルから解析する。Fe2O3の異方性定数はすでに知られていて、
Ku=4700J/m3である。よってスペクトルのτ依存性を利用して、脱水後のスペクトルから脱水後の
結晶粒の体積分布をもとめることができる。
2(β-FeOOH)→
350
99.5
99
300
98
100.5
-15
-10
-5
0
5
10
15
100
99.5
99
25K
98.5
98
97.5
97
100.5
-15
-10
-5
0
5
10
15
100
99.5
99
60K
98.5
98
97.5
250
200
150
100
50
97
100.5
96.5
-15
99.5
Volume fraction/Volume (×1024 m-3 )
Relative transmission (%)
Fe2O3+H2O 脱水後
12K
98.5
-10
-5
0
5
10
15
98.5
0
160K
97.5
0
96.5
1
2
3
4
5
-24 3
Volume (×10 m )
95.5
94.5
93.5
-15
-10
-5
0
5
10
15
脱水後のスペクトル
得られた体積分布
次に脱水前のスペクトルの解析をする。脱水前後で体積分布が変わらないと仮定すると、
β-FeOOHの異方性定数を求めることができる。一番よく実験結果を満足させたのはKu＝
8000J/m3であった。
102
100
98
80K
96
94
Relative transmission (%)
脱水前 2(β-FeOOH)
→Fe2O3+H2O
92
90
-15
-10
-5
0
5
10
15
102
100
98
96
150K
94
92
90
88
-15
-10
-5
0
5
10
15
102
100
98
200K
96
94
92
90
88
-15
-10
-5
0
5
Velocity (mm/s)
10
脱水前のスペクトル
15
・脱水前後で体積分布が変わらないと仮定して
β-FeOOHの異方性定数をもとめた。 βFeOOHの異方性定数はKu=8000J/m3が一番良
く実験結果を満足させた。
・問題点としては、2(β-FeOOH)→Fe2O3+H2Oとなる
ときに、体積が小さくなっている可能性がある。
100.5
100
・脱水後のスペクトルを解析することによって、
脱水後の結晶粒の体積分布を求めた。体積が
集中しているところが二つある特徴的な分布で
あった。
β-FeOOHの異方性定数
Ku=8000J/m3