Valence control of charge and orbital frustrated system YbFeO with electrochemical Li intercalation

電気化学的Liインターカレーションによる電荷および軌道フラストレーション系YbFeOの原子価制御

村瀬 知志*; 吉川 裕未*; 藤原 孝将*; 深田 幸正*; 寺西 貴志*; 狩野 旬*; 藤井 達生*; 稲田 康宏*; 片山 真祥*; 吉井 賢資  ; 辻 卓也  ; 松村 大樹   ; 池田 直*

Murase, Satoshi*; Yoshikawa, Yumi*; Fujiwara, Kosuke*; Fukada, Yukimasa*; Teranishi, Takashi*; Kano, Jun*; Fujii, Tatsuo*; Inada, Yasuhiro*; Katayama, Misaki*; Yoshii, Kenji; Tsuji, Takuya; Matsumura, Daiju; Ikeda, Naoshi*

混合原子価系YbFeOにおける原子価制御の可能性を検討するため、電荷化学的手法によりLiイオンの挿入を試みた。対象物質をLiイオンバッテリー類似のセル状にして実験を行い、Liの挿入による格子定数および原子間距離の系統的変化を観測した。イオンの挿入は、電荷量に換算し300mAh/g以上であった。放射光吸収分光による局所構造観測を行ったところ、LiはYb層とFe層の間に挿入されることが分かった。本測定からは、金属鉄の微粒子が析出することも示唆された。このため、Liの挿入による鉄イオンの原子価の系統的な変化は明瞭に観測されなかった。メスバウア分光法などからは、Liは空間的に不均一に挿入されることが示唆されたものの、本研究の結果は、YbFeOの原子価や物性が電気化学的手法によって制御できる可能性を示すものである。

We report a trial of the valence control for mixed valence iron triangular oxide YbFeO in order to develop an effective technique to control the frustration of charges in strongly correlated electron systems. The electro-chemical doping of Li into YbFeO was examined on the cell type sample similar to the Li-ion secondary battery cell. Systematic change of the lattice constant, Fe-Fe and Fe-Yb distance were observed with Li doping. Maximum value of the doping was over 300 mAh/g. An EXAFS experiment indicated that Li positioned between Yb octahedron layer (U-layer) and Fe-bipyramidal layer (W-layer). However, detailed change of iron valence state of YbFeO was not clearly observed because of the superimpose of the signal from iron metal nano particles in XANES observation. The results indicate that the electrochemical method might be one of the potential technique to control the frustration of charges in YbFeO.