Spektroskopia Mössbauerowska i oddziaływania nadsubtelne
Spektroskopia Mössbauera jest jedną z jądrowych metod badania materiałów. Jest to wszechstronna technika, wykorzystywana w wielu dziedzinach nauki, takich jak fizyka, chemia, inżynieria materiałowa, biologia czy metalurgia. Pozwala ona na uzyskanie wielu precyzyjnych informacji na temat własności chemicznych, strukturalnych, magnetycznych materiału. Spektroskopia Mössbauera jest techniką jądrową i umożliwia badanie występujących w badanym materiale lokalnych oddziaływań pomiędzy próbnikiem jądrowym a ich najbliższym otoczeniem. Są to tzw. oddziaływania nadsubtelne, czyli oddziaływania elektromagnetycznych momentów próbnika jądrowego z poza jądrowymi polami: elektrycznym i magnetycznym. Oddziaływania te to: oddziaływanie monopolowe elektryczne, elektryczne oddziaływanie kwadrupolowe oraz dipolowe oddziaływanie magnetyczne.
Oddziaływaniem monopolowym elektrycznym nazywane jest oddziaływanie ładunku powłoki elektronowej z niepunktowym ładunkiem jądra atomowego. Zgodnie z mechaniką kwantową istnieje pewne niezerowe prawdopodobieństwo, że elektrony typu s znajdują się w obszarze jądra atomowego. Prawdopodobieństwo to określa kwadrat funkcji falowej elektronów typu s w obszarze jądra. Zmiana gęstości elektronów typu s w obszarze jądra wpływa na wielkość przesunięcia izomerycznego. Ze znajomości tego przesunięcia można wnioskować o wartościowości jonów wchodzących w skład sieci krystalicznej próbek, charakterze wiązań chemicznych oraz o konfiguracjach elektronowych.
Elektryczne oddziaływanie kwadrupolowe sprzęga moment kwadrupolowy jądra z występującym w miejscu jądra gradientem pola elektrycznego. Oddziaływanie to zmienia energie poziomów jądrowych, co prowadzi do rozszczepienia poziomu na szereg podpoziomów znakowanych przez magnetyczną liczbę kwantową m. Rozszczepienie kwadrupolowe QS (quadrupole splitting) zależy od momentu kwadrupolowego jądra, gradientu pola elektrycznego w badanym układzie oraz od wartości spinu w przejściu mössbauerowskim.
Dipolowe oddziaływanie magnetyczne jest jądrowym odpowiednikiem zjawiska Zeemana. Jest to oddziaływanie dipolowego momentu magnetycznego jądra z polem magnetycznym istniejącym w miejscu jądra. Oddziaływanie to wywołuje rozszczepienie poziomu jądrowego o spinie I na 2I+1 podpoziomów.
Wszystkie trzy typy oddziaływań nadsubtelnych, tzn. przesunięcie izomeryczne, rozszczepienie kwadrupolowe i rozszczepienie magnetyczne, mogą występować jednocześnie; ma to miejsce w materiałach magnetycznych.
