In-beam Mossbauer spectroscopy on Fe-57 in solid Ar and solid Xe after Coulomb-excitation and recoil-implantation

Abstract

Fe-57 was implanted into solid Ar and solid Xe immediately after Coulomb-excitation via a pulsed Ar ion beam with energy of 120 MeV and the Moessbauer spectrum of Fe-57 was measured. With this in-beam Moessbauer technique, the dynamic behavior of Fe-57 atoms on different lattice sites was studied. The solid samples were prepared by condensation of Ar and Xe gases cooled down to between 50 and 90 K on a copper substrate. The Moessbauer spectra of Fe-57 in the solid Ar and Xe samples were measured at 10 K. In the spectrum of Fe-57 in Cu, its center shift of -0.37 mm/s is a sharp Lorentzian type, which matches the isomer shift at room temperature. Therefore, this component can be ascribed to Fe atoms in substitutional sites in Cu. On the other hand, the spectra for solid Ar and solid Xe are rather unclear. There seems to be two different components for each: in the spectrum of solid Ar, at around 1.0 and -0.48 mm/s, and in the spectrum of solid Xe, at around 0.5 and -1.3 mm/s. The component at the right hand side of each spectrum appears to be due to the Fe(0) monomer state, a substitutional type. From a comparison of components of the isomer shift of these materials with that of metals, that component seems to be due to Fe-57 atoms on interstitial sites in solid Ar and solid Xe.

120MeVのパルス化Arイオンビームによりクーロン励起した直後の固体Arおよび固体XeにFe-57を注入し、Fe-57のメスバウアー・スペクトルを測定した。このインビーム・メスバウアー法により、異なる格子サイトにあるFe-57原子の動的振舞いを調べた。固体試料は、銅の基板上にAr気体およびXe気体を50から90Kまで冷却して凝縮して作製した。各固体中のFe-57のメスバウアー・スペクトルを10Kで測定した。Cu中のFe-57スペクトルは、室温での異性核シフトに対応する鋭いローレンツ型の中央シフト-0.37mm/sである。この成分はCu中の置換サイトにあるFe原子によるものである。それに対して、固体Arおよび固体Xe中のスペクトルは顕著でなく、固体Arでは1.0および-0.48mm/sに、固体Xeでは0.5と-1.3mm/sに、それぞれ2つの成分があるように見える。各スペクトルの右側の成分は、置換型とされる「Fe(0)モノマー状態」によるものである。これらの成分の異性核シフトを金属の場合と比較すると、固体Arおよび固体Xeにおいて格子間サイトにあるFe-57によるものと思われる。