Spectrometria Mösbauer

Eric MeheșFizică TehnologicăAn IV

Cuprins● Efectul Mössbauer● Tehnică Experimentală● Interacțiuni hiperfine● Bibliografie

Efectul Mössbauer

● Un foton emis la o tranziție de pe o stare excitată Ee pe starea fundamentală Ef induce o absorbție de rezonanță într-un nucleu identic

S Aγdezexcitare absorbție

Efectul Mössbauer● Descoperit în 1958 de către

fizicianul Rudolf Mössbauer● Când anumite nuclee ce pot

emite și absorbi radiație γ se află într-un solid, o fracțiune dintre cuante sunt absorbite și emise fără recul

Efectul Mössbauer

● Fotonii γ au o energie mult mai mare decât cei emiși în tranzițiile electronice

● În urma emisiei unui foton, un nucleu de masă M , inițial în repaus suferă un recul:

P=E

c

Efectul Mössbauer

● Energia de recul a nucleului

● La absorbție energia fotonului γ trebuie să aibă valoarea

E R=12

M v2=P

2

2M=

E2

2Mc2

Ea=ETE R

Efectul Mössbauer

● Datorită variației naturale a stării excitate se observă o distribuție spectrală de tipul:

N E=14 [ 2

E 0−E−2 ]E0=Ee−E f

Efectul Mössbauer

● De exemplu pentru E0 = 100 keV avem Γ=10-8eV și o lărgime relativă:

● Astfel se pot pune în evidență interacțiuni hiperfine (10-7 → 10-8 eV)

E0

≃10−13

Efectul Mössbauer

● În cazul atomilor liberi sau slabi legați se observă un efect de recul pentru fotonii γ datorită

• Emisiei de cuante• Absorbției de cuante

● Astfel se impune necesitatea micșorării reculului, în solide fiind aborbit de rețeaua cristalină

Efectul Mössbauer

● Pentru anumite nuclee, numite nuclee Mössbauer există în faza solidă o fracțiune f de nuclee pentru care tranziția se efectuează fără modificarea stării rețelei (generare/anihilare de fotoni)

● Energia fotonilor emiși va fi E0 cu o dispersie naturală Γ

Efectul Mössbauer

● Factorul Lamb-Mössbauer

● f fracțiunea de nuclee rezonante● Există doar în jur de 50 de nuclee ce se

pretează la spectroscopie Mössbauer

f =eE

2 < x2 >ℏ c2

Efectul Mössbauer

Tehnică experimentală

Tehnică experimentală

SA

D

v

γ γ

Tehnică experimentală

● Variația energiei:

E=cE e−E f

[]=mms

Tehnică experimentală

● În spectroscopia Mössbauer energia e exprimată în unități de viteză (mm/s)

● În lipsa interacțiunilor hiperfine rezonanța ar avea loc la v=0

Interacțiuni hiperfine● Urmare a perturbațiilor apărute datorită:

i. Interacțiunilor de monopol electricii.Interacțiunilor de quadrupol electriciii.Interacțiunilor de dipol magnetic

Interacțiuni hiperfine

i. Interacțiunea de monopol electric

● Deplasare izomerică

E= Ee−E f=Ze60

⋅∣0∣2⋅⟨r e2⟩−⟨r f

2 ⟩

= E A−E S=Ze60

⋅∣A0∣2−∣B 0∣

2⋅⟨r e2⟩−⟨r f

2 ⟩

Interacțiuni hiperfine

ii. Interacțiunea de dipol electric● Gradientul câmpului electric la nucleu

● Valori proprii ale hamiltonianului interacțiunii între momentul electric și nucleu

V ij=∂V

∂ x i∂ x j; =

V xx−V yy

V zz

EQ=eQV zz

4I2I−z⋅[3m I

2− I I1]12

3

Interacțiuni hiperfine

iii. Interacțiunea de dipol magnetic● Interacțiunea momentului magnetic nuclear cu un câmp

magnetic de inducție B la nucleu

● Apar degenerări datorită efectului Zeeman

B=Bhf Ba

E M=−g J n BmI

Interacțiuni hiperfine

iii. Interacțiunea de dipol magnetic● Despicarea liniilor spectrale e proporțională cu inducția

magnetică la nucleu și măsurabilă prin spectrometrie Mössbauer

● Intensitatea peak-urilor Mössbauer e proporțională cu pătratul probabilității de tranziție

● Bhf depinde de starea de oxidare a materialului și de starea magnetică a atomului

● Bhf poate fi pus în evidență în spectrele Mössbauer a materialelor magnetice ordonate sau paramagnetice dacă timpul de relaxare a spinilor e suficient de lung

Interacțiuni hiperfine

iii. Interacțiunea de dipol magnetic● Astfel e permisă studierea ordinii magnetice, a structurii

sistemelor magnetice ordonate precum și natura momentelor magnetice

● Aplicarea lui Ba aduce informații suplimentare prin faptul că se poate modifica controlat interacțiunea dipolară =

Bibliografie

● V. Pop, I. Chicinaș, N. Jumate, Fizica Materialelor, Metode experimentale, Presa Universitară Clujeană, 2001

● Onuc Cozar, Detectori de radiații, Spectrosopie Gama, Presa Universitară Clujeană, 2007

● Introduction to Mössbauer spectroscopy, Royal Society of Chemistry

● Mössbauer Effect, HyperPhysics

● Mössbauer Spectroscopy, Knox College

● Mössbauer Effect, Wikipedia

Vă mulțumesc pentru atenție!