МЁССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

Метод изучения вз-ствия ядра с электрич. и магн. полями, создаваемыми его окружением, основанный на использовании Мессбауэра эффекта. Эти вз-ствия вызывают сдвиги и расщепления уровней энергии ядра, что проявляется в сдвигах и расщеплениях мёссбауэровских линий. Энергия таких вз-ствий ?10-4 эВ, однако сверхтонкая структура мессбауэровской линии легко наблюдаема благодаря малой естеств. ширине линии. Для этого используется Доплера эффект. Источнику g-излучения сообщается скорость v (относительно поглотителя), при этом энергия g-кванта меняется на величину D? = ?0v/с (?0— энергия g-перехода). Скорости v в интервале 0,1 —1,0 см/с приводят к смещению линии на величину порядка её естеств. ширины. М ё с с б а у э р о в с к и е с п е к т р ом е т р ы (рис. 1) измеряют зависимость резонансного поглощения g-квантов от скорости источника V. Максимум поглощения наблюдается, когда сдвиг мёссбауэровской линии, вызванный этим вз-ствием, компенсируется доплеровским сдвигом.

Важнейшими типами вз-ствий ат. ядра с внеядернымн полями явл. электрич. монопольное, электрич. квадрупольное и магн. дипольное вз-ствия.

Рис. 1. Схема мёсобауэровского спектрометра.

Рис. 2. Сдвиг 6 и расщепление мёссбауэровскои линии.

Электрич. монопольное вз-ствие (вз-ствие ядра с электростатич. полем, создаваемым в области ядра окружающими его эл-нами) приводит к изомерному хим. сдвигу g-линии (рис. 2, а, б), к-рый наблюдается, если источник и поглотитель химически не тождественны. Изомерный сдвиг (d) пропорц. электронной плотности вблизи ядра, и его величина — важная хар-ка хим. связи атомов в тв. телах. По величине d можно судить о степени «ионности» и «ковалентности» хим. связи, об электроотрицательности атомов, входящих в состав молекул и т. д. Исследование хим. сдвигов позволяет также получать сведения о распределении заряда в ядрах.

Электрическое квадрупольное вз-ствие — вз-ствие электрич. квадрупольного момента ядра Q с неоднородным электрич. полем — приводит к расщеплению яд. уровней, в результате чего в спектрах поглощения наблюдаются две (или больше) линии. Напр., для ядер 57Fe, 119Sn и 125Те в спектрах поглощения присутствует квадрупольный дублет (рис. 2, в). Разность энергии между компонентами дублета (D) пропорц. произведению Q на градиент электрич. поля в области ядра. Т. к. последний характеризует симметрию зарядов, окружающих ядро, то исследование квадрупольного вз-ствия позволяет получить информацию об электронных конфигурациях атомов и ионов, об особенностях структуры тв. тел, а также о квадрупольных моментах ядер.

Магн. дипольное вз-ствие обычно наблюдается в магнитно-упорядоченных в-вах (ферро-, антиферро-ферримагнитных), в к-рых на ядра действуют сильные магн. поля (напряжённостью =106 Э). Энергия магн. дипольного вз-ствия пропорц. произведению магн. поля Н на магн. момент ядра и зависит от их взаимной ориентации. Магн. дипольное вз-ствие приводит к расщеплению осн. и возбуждённого состояний ядер, в результате чего в спектре поглощения появляется неск. линий, число к-рых соответствует числу возможных g-переходов между магн. подуровнями (см. ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ) этих состояний. Напр., для ядра 57Fe число таких переходов равно 6 (рис. 2, г). По расстоянию между компонентами магн. сверхтонкой структуры можно определить напряжённость магн. поля, действующего на ядро в тв. теле. Величины этих полей очень чувствительны к особенностям электронной структуры тв. тела, к составу магн. материалов, поэтому исследование магн. сверхтонкой структуры используется для изучения св-в кристаллов. Зависимость сверхтонкой структуры мёссбауэровского спектра от вида электронных волновых ф-ций позволяет использовать данные М. с. для изучения распределения зарядовой и спиновой плотности в тв. телах, для хим. анализа и т. п. Чувствительность формы мёссбауэровского спектра к динамич. эффектам используется в М. с. для изучения диффузии атомов, спиновой релаксации, динамич. явлений при фазовых переходах и т. д.

Регистрация вторичных ч-ц (рентгеновских квантов, эл-нов конверсии внутренней), сопровождающих распад возбуждённого состояния ядра после резонансного поглощения g-кванта, позволяет изучать поверхности тв. тел. Напр., при регистрации конверсионных эл-нов возможно исследование поверхностных слоев толщиной =1000 ?.