【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NI0406
利用課題名 / Title
Fe 置換 RuP の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 / Nagoya Tech.
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）-
【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）-
キーワード / Keywords
メスバウアー分光/ Mossbauer spectroscopy,高度素材識別技術/ Advanced material identification 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)
平井 大悟郎
所属名 / Affiliation
名古屋大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
壬生攻
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters 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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
遷移金属リン化合物RuPは、結晶中でRu原子3つが凝集して分子様クラスターを形成することにより、高温の金属状態から低温の絶縁体状態へと転移する特異な物質である[1,2]。利用者はこのRuPにおいてRuサイトの一部をFeで置換することにより、極めて少量のFe添加領域において強磁性秩序が発現することを明らかにした。この強磁性は、既知の発現機構とは異なる特性を示しており、そのメカニズムを解明するためには、置換されたFeが物性に対してどのような役割を果たしているのかを明らかにする必要がある。そこで本研究では、異なるFe置換量を有するFe置換RuP試料に対して、強磁性転移温度以上および以下の温度条件でメスバウアー分光測定を実施した。この測定により、RuP結晶中のFeの電子状態およびFeサイトにおける内部磁場の定量的評価を行い、強磁性発現の起源に迫ることを目的とした。
実験 / Experimental
Feを5%、25%、40%置換したRuP粉末試料をシリコーン製真空グリースと混合し、高純度Al箔（15 mm × 15 mm）で挟み込んだ。これらの試料を用い、超低振動型無冷媒オプティカルクライオスタットを使用して、室温および低温における57Feメスバウアースペクトルの測定（NI-004）を行った。測定温度の設定にあたっては、非エンリッチ試料に対する磁化率－温度曲線データを参考にし、磁気相転移温度を推定した上で決定した。具体的には、Fe 5%置換試料については、300 K、200 K、130 K、5 Kにおいて測定を行った。Fe 40%置換試料については、300 K、250 K、160 K、5 Kで測定した。線源のドップラー速度範囲は±4 mm/sに設定し、速度較正にはα-Fe箔の標準試料を使用した。較正の際には、α-Feの室温スペクトルの重心位置を速度0 mm/sとして基準設定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
いずれのFe置換量においても、高温の非磁性相では、スペクトルは非磁性四極子分裂パターンを示した。しかし、スペクトル中心部分の吸収強度の低下が小さく、通常のローレンツ曲線2本1組によるフィッティングでは良好な再現が得られなかった。このことは、Feに第2の局所環境が存在している可能性を示唆している。その原因としては、結晶構造の異方性に起因する格子振動の異方性（Goldanskii–Karyagin効果）や、FeとRuのランダムな固溶によるFe局所環境の多様性が考えられる。スペクトルの温度依存性を見ると、室温から低温まで四極子分裂のダブレット構造が維持されているように見えるものの、温度低下に伴い線幅の広がりが確認され、これは低温での強磁性秩序の発現に関連する変化と考えられる。低温スペクトルに対して、内部磁場の出現を仮定したフィッティングを行った結果、他のFe磁性体と比較して内部磁場の大きさが小さく（最大でも約6 T）、置換されたFe自体が強磁性モーメントを有しているとは考えにくいことが明らかとなった。以上の結果から、強磁性の発現にはFe置換そのものよりも、FeによるRu三量体の解離が重要な役割を果たしている可能性が示唆される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] D. Hirai et al., Phys. Rev. B. 85, 140509(R) (2012). [2] D. Hirai et al., J. Am. Chem. Soc. 144, 17857 (2022).
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.
- 井口寛太, 平井大悟郎, 尾上智子, 壬生攻, 竹中康司, “RuPへのFe置換による金属－絶縁体転移の抑制と強磁性の発現” 日本物理学会2025年春季大会（オンライン）, 2025年3月20日
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