Kvadrupolkoppling

Kvadrupolkoppling är interaktionen mellan kärnans elektriska kvadrupolmoment och det elektriska fältgradienten (EFG) vid kärnan. Den uppkommer när kärnan har en icke-sfärisk jäsning av elektronströmmarna och därmed ett kvadrupolmoment Q, och när omgivningen (atomkorder, kemisk bindning och kristallmiljö) ger en anisotrop EFG. Denna interaktion är särskilt viktig i kärnor med spin I > 1/2 och kan ge upphov till energinivåförskjutningar och spektrala uppdelningar i olika spektroskopiska tekniker.

Matematiskt beskrivs kvadrupolkopplingen ofta med Hamiltonianen H_Q = (eQ/4I(2I−1)) [3I_z^2 − I(I+1) + (η/2)(I_+^2 + I_-^2)], där e är elementarladdningen, Q kärnans kvadrupolmoment, I är kärnans spin, I_z och I_± are komponenter av spinoperatorn, och η är asymmetri-parametern för EFG-tensorn, η = (V_xx − V_yy)/V_zz i dess primala axissystem. V_zz är den största komponenten av EFG-tensorn; η varierar mellan 0 och 1. Uppdelningar och intensitet beror på orienteringen av kärnans lokal miljö i förhållande till EFG-axlarna.

Konsekvenserna av kvadrupolkopplingen manifesteras som linjesplittringar och bredningar i NMR och Mössbauer-spektroskopi, särskilt för fasta prover där orienteringen saknas. I solid-state NMR ger kvadrupolkopplingen karakteristiska pulver- eller orienteringsberoende mönster; i Mössbauer-spektroskopi används kvadrupolsplitning för att undersöka lokal symmetri, elektrondensitet och bonding i material. Kvadrupolkoppling används därmed för att dra slutsatser om lokal struktur, elektronfördelning och miljö runt kärnan.