High-pressure neutron diffraction study on -FeOOH; The Spin-reorientation transition and hydrogen-bond symmetrization

-FeOOHにおける高圧下中性子回折実験; スピン再配向転移と水素結合対称化

池田 理*; 山本 孟*; 佐野 亜沙美   ; 坂巻 竜也*; 栗林 貴弘*; 野田 幸男*; 鈴木 昭夫*

Ikeda, Osamu*; Yamamoto, Hajime*; Sano, Asami; Sakamaki, Tatsuya*; Kuribayashi, Takahiro*; Noda, Yukio*; Suzuki, Akio*

鉄オキシ水酸化物-FeOOHの圧縮挙動は複雑であり、磁性特性と結合特性に変化が見られる。本研究では、20GPa超える圧力下で、-FeOOHと-FeOODのin situ粉末中性子回折実験を行い、スピン再配列転移、水素結合対称化、およびそれらの相関を調査した。磁気転移は、-FeOOHと-FeOODの両方で8GPaで観測された。-FeOOHの結晶対称性と水素結合は、17.90GPaで非対称水素結合を持つP21nmから水素結合が不規則なPnnmへと変化したが、-FeOODは非対称のままであった。原子間角度と距離の圧力変化から、Feの座標幾何学は水素結合の対称化に向かって変化し、磁気異方性に影響を与えたことが示唆される。

The compression behavior of iron oxyhydroxide -FeOOH is complex, with variations in its magnetic property and bonding character. In this study, in situ powder neutron diffraction experiments were conducted on -FeOOH and -FeOOD up to pressures exceeding 20 GPa to investigate a spin-reorientation transition, hydrogen-bond symmetrization, and their correlation. The magnetic transition was observed at 8 GPa in both -FeOOH and -FeOOD. The crystal symmetry and H-bonds of -FeOOH transitioned from P21nm with asymmetric H-bonds to Pnnm with disordered H-bonds at 17.90 GPa, while -FeOOD remained asymmetric. The pressure evolution of the interatomic angles and distances indicates that the coordinate geometry of Fe transitioned toward H-bond symmetrization and would have affected the magnetic anisotropy.