鉄梯子格子を含む化合物Ba6Fe8S15 の低次元磁性物理システム工学専攻修士１年香取研究室足立貴弘梯子内に閉じ込められた電子の物性を研究 1. 背景と目的測定 Ⅰ. 低次元磁性体 • 磁化測定低次元磁性体の構造例低次元磁性が現れるか解明するため磁性元素の配列が三次元的でないため、 • メスバウアー分光測定磁気相互作用のパスが少ない物質のこと価数問題を持つ電子の状態を解明するため構造的特徴由来の相互作用による、低次元磁性体ならではの現象が期待される  磁性元素 4. 磁化測定の結果  非磁性元素 Ⅱ. 構造低次元性由来のブロードな山を観測  Fe  S 0.027  Ba ( emu / mol ) 鏡像対称２回回転軸一次元系のモデル式で解析 Ba6Fe8S15 fit 0.026 𝓗= 𝑱 𝐍𝐀 𝑺 ( 𝑺 + 𝟏) 𝟐 𝟐 𝟏 + 𝐮(𝑲) 𝝌 = 𝐠 𝛍𝐁 𝟑𝐤 𝐁 𝑻 𝟏 − 𝐮(𝑲) 𝐜𝐨𝐭𝐡 𝑲 − 𝟏 𝟐 𝑱 𝑺 ( 𝑺+𝟏) 𝒖 𝑲 = 、 𝑲 = 𝐤𝐁 𝑻 𝑲 0.025 0.024 0 100 200 解析により得られたパラメータ 300 S = 4.0 ± 0.2 T(K) (b) FeS4 四面体 ( 直鎖 ) 𝐢 0.023 (a) 結晶構造 𝑺𝐢 ∙ 𝑺𝐢+𝟏 (c) 回転した二本脚梯子構造 J = 12 ± 2 ( Fe4当り ) 、 g = 2.0 ± 0.1 [K] 5. メスバウアー分光測定の結果 Ⅲ. 価数問題 295K ① 鉄サイトは結晶学的に等価 → 鉄の価数は全て等しい鉄の形式価数は 2.25価 ( 非整数 ) Relative Absorption ② 鉄の形式価数が非整数 Ba を+ ２価、 S を－2価とすると組成式 Ba6Fe8S15から、  ( ohm · cm ) 10 10 10 10 • 四極子分裂による二本のピーク鉄サイトは一種類 data Ba6Fe8S15 Impurity fit • ISは鉄の2価、3価のどちらでも解釈できる値 IS ③ 電気特性は半導体 † ( 局在電子系 ) 10 • 内部磁場は発生していない QS -2 -1 7 0 1 価数問題 2 V (mm / s ) [Fe4] 9+内での電子の非局在化 5 電子はある原子周りに束縛されている 3 IS(mm/s) QS (mm/s) 半値幅 0.480 0.684 0.236 価数は整数でなければならない！ 1 IS : アイソマーシフト QS : 四極子分裂 -1 0 200 400 17 K T(K) ①～③より、価数状態の予想としては… • 鉄４つを単位とする回転した梯子構造 • 形式価数2.25価より、鉄４つ単位では９価であるため、右図のような[Fe4] 9+内では Relative Absorption 等価に非整数価数であるが、電子はある原子周りに局在？ • 内部磁場によるピークの拡がり • 鉄サイトは二種類 ( 強度比 1 : 1 ) data S1 S2 fit -8 -6 [Fe4] 9+の構造 S1 S2 鉄の形式価数は等価に2.25価 • Fe2+ : Fe3+ = 1 : 1とすると、鉄の形式価数は 2.5価 -2 0 2 4 6 8 • V (mm / s ) 電子は動き回ることができるのではないか？ ( 電子の非局在化 ) 2. 目的 -4 • 半導体構造相転移の可能性 IS (mm/s) 内部磁場 (T) 0.579 19.33 0.620 22.22 QS (mm/s) 1.195 0.266 半値幅 ( mm/s ) 0.405 0.366 • 低次元磁性体に特徴的な磁気的な振る舞いの有無を解明 • 局在電子系では説明できない電子状態の解明 3. 実験方法合成 6. まとめ • 帯磁率にブロードな山一次元系 • メスバウアー分光測定 ( 295K ) 1. BaS : Fe : S を 6 : 8 : 9 の割合で混合鉄サイトは一種類 2. 円柱状のペレットに成型 ( 直径 6mm、長さ約 5mm ) ISは鉄の2価、3価どちらでも解釈可 3. 炭素コーティングした石英管に真空封入 4. 電気炉で右のステップのように焼成 [Fe4] 9+内で電子の非局在化 • メスバウアー分光測定 ( 17K ) 内部磁場発生鉄サイトは二種類 ( 強度比 1 : 1 ) 構造相転移 † W.M.Reiff, et al., J. Solid State Chem. 13, 32-40 (1975)