MössbauerSpektroskopie

Die Mössbauer-Spektroskopie ist eine Kernresonanzspektroskopie, die das Mössbauer-Phänomen nutzt: die recoil-freie Emission und Absorption von Gammastrahlen durch Kerne, die in einem Kristallgitter eingebunden sind. Sie ermöglicht die Untersuchung hyperfeiner Wechselwirkungen in Feststoffen und liefert quantitative Informationen über Elektronenumgebung, Bindungszustand und magnetische Eigenschaften. Die Methode basiert auf dem 1958 von Rudolf Mössbauer entdeckten Effekt.

Bei bestimmten Nuklidarten, zum Beispiel 57Fe, 119Sn und 121Sb, besitzt der Kern eine sehr schmale natürliche Linie. In Festkörpern kann ein Gammaquant emittiert oder absorbiert werden, ohne Rückstoßenergie in die Gitterstruktur zu übertragen. Die Energie wird durch Verschiebung der Quelle relativ zur Probe in Form eines Doppler-Verschiebungskonters gemessen. Aus der Absorptionskurve lassen sich Hyperfeinstrukturparameter ableiten: Isomerieverschiebung (IS) gibt Hinweise auf Elektronendichte am Kern, Quadrupolaufspaltung (QS) informiert über Elektrischer Feldgradient und Symmetrie der Umgebung, und magnetische Hyperfeinstrukturaufspaltung (MHIS) zeigt interne Magnetfelder und magnetische Ordnung. Der Anteil der recoil-freien Emission bzw. Absorption wird durch den Lamb-Mössbauer-Faktor beschrieben.

In der Praxis wird meist der Transmission-Modus verwendet; als Quelle dient oft 57Co, das zu Fe-57 zerfällt, während der Absorber eine Probe mit Fe-57 enthält. Neben 57Fe werden auch andere Mössbauer-Isotope genutzt, darunter 119Sn, 121Sb und 151Eu. Aus Mössbauer-Spektren lassen sich Oxidations- und Koordinationszustände, Spinzustände, Phasenidentifikation sowie magnetische Eigenschaften ableiten.

Typische Anwendungen finden sich in der Materialwissenschaft, Metallurgie, Geowissenschaften und Katalyse, wo die Technik hilft, Struktur, Elektronenzustände und magnetische Phasen in Feststoffen zu charakterisieren.