Phổ Mössbauer

Phổ Mossbauer, hay còn gọi là phương pháp phổ Mossbauer, là một phương pháp của vật lý thực nghiệm, phương pháp này dựa trên hiệu ứng Mossbauer để nghiên cứu tính chất vật lý và hoá học và sự phụ thuộc vào thời gian của các tính chất của các vật liệu.
Hạt nhân của nguyên tử có thể ở các trạng thái với mức năng lượng khác nhau. Bằng việc hấp thụ hay phát xạ tia formula_1 (sóng điện từ có năng lượng rất cao) hạt nhân có thể thay đổi các trạng thái năng lượng đó. Vì hạt nhân trong vật liệu có các tương tác điện từ với môi trường xung quanh nên sự dịch chuyển các mức năng lượng liên quan chặt chẽ đến tương tác với môi trường. Do đó, nếu ta đo được dịch chuyển năng lượng, ta có thể biết thông tin hóa, lý của vật liệu. Tuy nhiên có hai khó khăn trong việc xác định các thông tin đó là tương tác siêu tinh tế (Anh ngữ: "hyperfine") giữa hạt nhân với môi trường xung quanh rất nhỏ và sự giật lùi của hạt nhân khi hấp thụ hoặc phát xạ tia formula_1.
Hãy xem xét một hạt nhân tự do, khi hấp thụ hoặc phát xạ tia formula_1, hạt nhân này sẽ bị giật lùi để bảo toàn mô men động lượng, điều này giống như khi ta bắn một viên đạn, khẩu súng sẽ bị giật về phía sau, khẩu súng càng lớn thì sự giật lùi càng nhỏ và ngược lại. Mossbauer đã khám phá ra rằng, nếu hạt nhân ở trong chất rắn thì khối lượng hiệu dụng của nó rất lớn. Nếu năng lượng tia formula_1 đủ nhỏ thì sự giật lùi của hạt nhân sẽ thấp bằng năng lượng để tạo ra các dao động mạng trong chất rắn (tiếng Anh: "phonon"), và do đó, toàn bộ hệ sẽ bị giật lùi, điều này làm cho năng lượng giật gần như bằng không và hạt nhân trong chất rắn sẽ hấp thụ và phát xạ tia formula_1 có năng lượng bằng nhau, ta có cộng hưởng. Trong hiệu ứng Mossbauer, nguồn phát tia formula_1 là một nguồn phóng xạ, thường dùng là đồng vị Fe57 hoặc Co57. Nguồn này chuyển động tương đối với mẫu nghiên cứu, và do đó, năng lượng của tia formula_1 sẽ bị thay đổi chút ít khi tốc độ nguồn thay đổi nhờ vào hiệu ứng Doppler.
"Sơ đồ tách mức năng lượng hạt nhân do các tương tác siêu tinh tế khác nhau và phổ Mossbauer tương ứng"
Nếu hạt nhân phát xạ tia formula_1 ở nguồn phát và hạt nhân hấp thụ tia formula_1 ở mẫu là đồng nhất (ví dụ cùng là Fe chẳng hạn) thì dịch chuyển năng lượng là đồng nhất và ta được một phổ hấp thụ như cột đồ thị thứ nhất trong hình với đỉnh cực đại tại vận tốc nguồn bằng 0. Câu hỏi là hiệu ứng này có thể đo được tương tác cực kỳ nhỏ bé giữa hạt nhân nguyên tử với môi trường hay không? Độ phân giải của hiệu ứng phụ thuộc vào sự mở rộng do việc hạt nhân hấp thụ tia formula_1 nhảy lên trạng thái kích thích rồi ở đó một khoảng thời gian (gọi là khoảng thời gian sống trung bình) trước khi trở về trạng thái ban đầu kèm với việc phát xạ tia formula_1. Đối với Fe57, độ rộng vạch là 5×10−9 eV so với 14.4 keV của chùm tia formula_1 tương ứng với chiều dày của một tờ giấy so với khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời. Chính vì độ nhạy rất cao như thế mà hiệu ứng có thể thu được tương tác siêu tinh tế trong vật liệu.
Khi nghiên cứu một vật liệu nào đó ta cần phải điều chỉnh năng lượng của chùm tia formula_1 đến sao cho có cộng hưởng xảy ra, người ta điều chỉnh năng lượng bằng cách cho nguồn phát tia formula_1 chuyển động lại gần hoặc ra xa mẫu nghiên cứu với tốc độ vài mm/s. Năng lượng của chuyển động của nguồn phát cỡ mm/s là rất nhỏ so với vận tốc chuyển động của tia formula_1 gần 3×1011 mm/s (vận tốc ánh sáng) chính là độ biến đổi cần thiết để thu được tương tác siêu tinh tế trong mẫu nghiên cứu. Khi hạt nhân của mẫu hấp thụ tia formula_1 thì trạng thái năng lượng của nó bị thay đổi và sự thay đổi đó xảy ra theo ba cách khác nhau: dịch chuyển Isomer, tách mức tứ cực, và tách mức từ.
Các tương tác Isomer, từ cực, từ và tổ hợp của chúng là các thông tin quan trọng của phổ Mossbauer.