Mößbauerspektroskopie - Anorganische Chemie, AK Röhr, Freiburg

Mößbauerspektroskopie 


– 

Vorlesung Methoden der Festkörperchemie 

WS 2013/2014, C. Röhr


Einleitung, Prinzip 

Elemente mit spektroskopierbaren Mößbauer-Isotopen 

Experimentelles 

Spektren und Informationen 

I: Isomerieverschiebung 

II: Quadrupolaufspaltung 

III: Magnetische Hyperfeinwechselwirkung 

Zusammenfassung 

Literatur











Literatur



Einleitung, Prinzip der Mößbauerspektroskopie 

◮ Mößbauer-Spektroskopie: Rückstoßfreie 

Kernresonanzabsorption von γ-Strahlen 

◮ Rudolf L. Mößbauer (1929-2011) 

◮ 1958 (in Doktorarbeit!) erstmals erfolgreich 

beobachtet 

◮ 1961: Nobelpreis 

◮ Prinzip der Methode 

◮ radioaktiver Kern (Quelle) emittiert γ-Quanten 

◮ E: mehrere keV (!) 

◮ Variation von E durch Dopplereffekt 

(Bewegung der Quelle) 

◮ Kern desselben Isotops im Absorber (Probe) 

absorbiert ’passende’ γ-Quanten (Resonanz) 

Rudolf L. Mößbauer, 1961 ∗ 

∗ : http://nobelprize.org



Energien und Linienbreiten, Resonanz 

◮ Spektroskopie bei ∆E ≈ 10 3 eV 

◮ Änderungen von ∆E durch Elektronenhülle (’Chemie’) ≈ 10 −8 eV





◮ Änderungen von ∆E durch Elektronenhülle (’Chemie’) ≈ 10 −8 eV 

◮ Linienbreiten 

◮ trotz sehr großem ∆E ↦→ Linienbreite der Quelle klein 

◮ Relaxationszeit des angeregten Zustands: τ ≈ 10-100 ns (10-100 ·10 −9 s) 

(dagegen UV/VIS: τ = 10 −15 s) 

◮ mit Unschärferelation: δEτ ≈ 

◮ ↦→ Energieunschärfe/Linienbreite δE = 10 −8 eV











◮ ↦→ Energieunschärfe/Linienbreite δE = 10 −8 eV 

◮ Rückstoß-Energie 

◮ γ-Quant aus freiem Atom verliert durch Rückstoss ca. 10 −3 eV 

◮ Absorber-Atome in Bewegung (E = 10 −3 eV)











◮ ↦→ Energieunschärfe/Linienbreite δE = 10 −8 eV 

◮ Rückstoß-Energie 

◮ γ-Quant aus freiem Atom verliert durch Rückstoss ca. 10 −3 eV 

◮ Absorber-Atome in Bewegung (E = 10 −3 eV) 

◮ Problem: Resonanz wegen schmaler E-Verteilung kaum möglich 

◮ Abhilfe: 

◮ Quelle und Absorber = Festkörper 

◮ häufig zusätzlich gekühlt 

◮ vergleichsweise lange Meßzeiten



Resonanz, Intensitäten 

◮ Gitterschwingungen im Festkörper ca. 10 −3 eV 

◮ geringe Wahrscheinlichkeit, dass Übergang ohne Änderung der 

Gitterschwingung erfolgt 

◮ I = f(Atombewegung) 

◮ Bruchteil der Quanten, die ohne E-Verlust emittiert/absorbiert werden 

Lamb-Mößbauer-Faktor f (Debye-Waller-Faktor) 

mit: 

f = e −k2 

◮ k: Wellenzahl des γ-Quants (k = E c ) 

◮ < x 2 >: mittleres Auslenkungsquadrat 

◮ ↦→ Wahrscheinlichkeit der Absorption fällt 

◮ mit steigendem < x 2 > (FK!, Kühlung von Quelle und Probe günstig) 

◮ bei sehr hochenergetischen γ-Quanten











Literatur



mögliche Isotope/Quellen 

H 

Li 

Na 

K 

Rb 

Cs 

Be 

Mg 

Ca Sc 

Sr Y 

Ba La 

Fr Ra Ac 

einfach möglich 

möglich 

Ti 

Zr 

Hf 

V Cr Mn 

Nb 

Ta 

Mo 

Tc 

Fe 

Ru 

W Re Os 

mühsam 

beobachtet 

Co 

Rh 

Ir 

Ni 

Pd 

Pt 

Cu 

Ag 

Au 

Zn 

Cd 

B C N 

Al 

Ga 

In 

Tl 

Si 

Pb 

P 

As 

Sn Sb Te I Xe 

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw 

Hg 

Ge 

Bi 

O 

S 

Se 

Po 

F 

Cl 

Br 

At 

He 

Ne 

Ar 

Kr 

Rn



Quellen für die 57 Fe- und 119 Sn-Mößbauer-Spektroskopie 

Fe: 14.4 keV 

τ =279 d 

57 

27Co 

I=7/2 

K−Einfang 

57 

Fe 

136,32 keV 26 

I=5/2 

−7 

τ = 10 s 

57 

26Fe 

14,41 keV 

I=3/2 

Neutronen−Einfang 

τ =245 d 

119 

50 

Sn * 

119 

50Sn 

I=3/2 

23,87 keV 

◮ 57 Fe ↦→ nur 2% Häufigkeit 

◮ Co-Quelle, praktische Halbswertszeit 

◮ e − -Einfang aus K-Schale 

◮ 57 

26 Fe: τ 1/2 = 8.8 ns 

◮ E-Verlust in 2 Schritten 

◮ relevanter Übergang: 

◮ ∆E = 14.4 keV 

◮ τ 1/2 = 97.7 ns 

◮ Halbwertsbreite: 6.74 · 10 −9 eV 

Sn: 23.87 keV 

0 keV 

57 

26Fe 

I=1/2 

118 

50 Sn 

119 

50Sn 

I=1/2 

0 keV 

◮ aktive Sn-Quelle 119 

50 Sn mit τ=245 d 

Sn+Fe: 

◮ Spin-Wechsel: I oben = 3 2 ↦→ I unten = 1 2











Literatur



Experimentelles: Gesamtaufbau Spektrometer 

Quelle 

−v +v 

◮ Emitter (Quelle) 

E(γ) 

Absorber 

(Probe) 

Kryostat 

◮ E-Variation durch Dopplereffekt: 

trans 

E(γ) 

Detektor 

E γ(v) = E 0 (1 + v c ) 

(1 mm/s = 4.80 ·10 −8 eV) 

◮ v-Variation meist durch sin-Bewegung des Emitters (Quelle) 

◮ Messung von v mittels Laser 

◮ Emitter: isotrope Elektrondichte, nicht magnetisch 

◮ Absorber (Probe) 

◮ nur fest, häufig gekühlt 

◮ auch amorph, in beliebiger Matrix 

◮ dünn 

◮ Detektor: Proportionalzählrohr, Szintillationsdetektor oder HL-Detektor 

◮ Meßzeit: mehrere Tage - Wochen



Fotos des Mößbauer-Spektrometers in der AC 

Gesamtansicht 

Quelle und Quellschieber 

HL-Detektor 

Probenhalterung











Literatur



Spektren 

◮ Spektrum: Quellen- und Absorberlinie werden übereinander gefahren 

v0 

partielle 

Absorption 

E(Q)< E(P) 

E 

E(Quelle) = E(Probe) 

E 

E(P)< E(Q) 

E 

relative Transmission1 

C B 

A 

−v v=0 

+v 

Doppler−Geschwindigkeit 

Spektrum 

◮ Informationen: Hyperfein-Wechelwirkungen zwischen Kern + e − 

1. elektrische Monopol-Wechelwirkung ↦→ ’Isomerie-Verschiebung’ 

2. elektrische Quadrupol-Wechselwrikung ↦→ ’Quadrupol-Aufspaltung’ 

3. magnetische Dipol-Wechelwirkung ↦→ ’magnetische Aufspaltung’



Übersicht der Wechselwirkungen zwischen Kern und Elektronen-Hülle 

Wechselwirkung Parameter Information 

elektrische Monopol-Wechselwirkung Isomerieverschiebung • Oxidationsstufe 

Atomkern ↔ e − am Kernort δ [mm/s] • Elektronegativität der Liganden 

• kovalente Bindungsanteile 

• Rückbindungsanteile 

elektrische Quadrupol-Wechselwirkung Quadrupolaufspaltung • Oxidationsstufe 

Kernquadrupolmoment ↔ el. Feldgradient ∆E Q [mm/s] 

• Spinzustand 

• Symmetrie 

• Bindungseigenschaften 

magnetische Dipol-Wechselwirkung 

magn. Moment des Kerns ↔ Magnetfeld 

magnetische Aufspaltung • magnetische Ordnung 

∆E M [mm/s]











Literatur




◮ Isomerieverschiebung δ (in [mm/s]) mit 1 mm/s = 4.80 ·10 −8 eV 

◮ elektrostatische Wechselwirkung zwischen Kern- und e − -Ladung 

(Bindungsenergie der e − am Kernort) 

◮ δ hängt ab von den Differenzen ∆ der 

1. Kernradien E/A (∆(r 2 )) (hier unwichtig, da E/A gleicher Kern) 

2. Elektronendichte am Kernort (∆ρ 0 ) 

(Chemie!) 

◮ genau gilt: 

E s = 2π 3 Ze2 ∆(r 2 )∆ρ 0 

◮ ρ 0 = Anteil der s-Elektronen 

◮ d. h. ’chemische’ Einflüsse auf δ 

◮ Oxidationszustand 

◮ Hybridisierung, Bindungsart (kovalent/ionisch) 

◮ Elektronegativität der Liganden 

◮ i.A. nicht leicht vorauszusagen und zu erklären



Isomerieverschiebungen bei der 119 Sn-Mößbauer-Spektroskopie 

(4d) 10 

(5s)(5p) 3 (4d) (5s) 2 

0 1 2 3 4 

δ 

SnO 2 

SnF4 SnCl SnBr SnI 

4 4 4 

α−Sn β−Sn SnO SnS SnF2 SnCl2 

4− 4− 4− 

SnS4 SnSe4 

SnTe4 

SnSe SnTe 

Sn(IV) ionisch 

Sn(II) ionisch 

Sn(IV) kovalent 

Sn(II) kovalent 

Sn(0) intermetallisch 

Tendenzen der Isomerieverschiebung mit s-Anteilen am Kernort grob erklärbar: 

◮ Sn(IV) ionisch: 4d 10 ↦→ 0 mm/s (gegen CaSnO 3) 

◮ Sn(IV) kovalent 

◮ Sn(0) sp 3 ↦→ 2.0 mm/s 

◮ Sn(0) metallisch ↦→ 2.56 mm/s 

◮ Sn(II) kovalent, z.B. SnO 

◮ Sn(II) ionisch, ohne stereochemisch aktives Lone-Pair: 4.1 mm/s



Beispiel: A 8 Sn 44 □ 2 (A = Rb, Cs) 

Sn3a 

Sn3a 

Cs2 

Cs2 

Sn2 

Sn2 

Sn3b 

Sn3a 

Sn1 

Sn2 

Sn3a 

Sn3b 

Sn2 

Sn2 

Sn2 

Sn2 

Sn3a 

Sn3b 

Sn3b 

Sn2 

Sn3a 

Cs2 

Clathrat-I-Struktur 

Cs2 

Sn3a 

Sn3a 

Rb 8Sn 44□ 2 ↦−→ 8 Rb + + 36 Sn 0 + 8 Sn − 

J. Gallmeier, H. Schäfer, A. Weiss, Z. Naturforsch. 24b, 665-667 (1969); J.-T. Zhao, J. D. Corbett, Inorg. Chem. 33 5721 (1994); G. 

Frisch, C. Hoch, C.R., P. Zönnchen, K.-D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661 (2003); + ...



Beispiel: Rb 8 Sn 44 : 119 Sn-Mößbauer-Spektrum 

Absorption 

1,0 

0,9 

Rb 8 Sn 44 

-4 -2 0 2 4 6 

Isomerieverschiebung ([mm/s] gegen BaSnO 3 

) 

A 

B 

(4d) 10 

(5s)(5p) 3 (4d) (5s) 2 

0 1 2 3 4 

SnO 2 SnF4 SnCl SnBr SnI 

4 4 −Sn β−Sn SnO SnS SnF2 SnCl2 

4− 4− 4− 

SnS4 SnSe4 

SnTe4 

Sn(IV) ionic 

Sn(IV) covalent 

Sn(0) intermetallic 

2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 

Sn 4− 2− 

2− 

4− 

α−Sn Sn Sn (äq.) Sn β−Sn 

5 

4 

α 4 

SnTe 

Sn(II) 

covalent 

2.8 

SnO 

ionic 

2.9 

Sn 

5 

SnSe 

Sn(II) 

2.7 3.0 

δ 

2− 

(ax.) 

0 

− 

? 

Sn 

A 

Rb Sn 8 44 

Sn B 

δ = 2.12(9) δ= 2.44(13) 

∆E = 0 

∆E = 0.7(3) 

A(rel.) = 0.7 A(rel.) = 0.3 

Skala der 119m Sn-Isomerieverschiebungen 

δ 

G. Frisch, C. Hoch, C.R., P. Zönnchen, K.-D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661 (2003).



Isomerieverschiebungen bei der 57 Fe-Mößbauer-Spektroskopie 

◮ Isomerieverschiebungen nicht einfach erklärbar 

◮ typische beobachtete Werte ⇓ 

K 2 FeO 4 Na 4 FeO 4 KFeO 2 

1 

1/2 

Fe I 

S=0 Fe II S=2 

LS HS Fe III 

Fe IV HS LS 

Fe V I HS 

-1 0 2 δ [mm/s] 

Oxoferrate(III) 

3/2











Literatur




◮ elektrische Quadrupol-Wechselwirkung ↦→ 

Quadrupol-Aufspaltung (vgl. NQR) 

◮ bei Kernen (Niveaus) mit I > 1 2 

◮ unsymmetrische Ladungsverteilung im 

Kern ↦→ Kern ist elektrischer Quadrupol 

eQ 

∆ 

E 

eQ 

◮ Orientierung im ⃗ E-Feld 

◮ für I = 3 2 ↦→ 2 Orientierungen mI = ± 1 2 

und m I = ± 3 2 

* 14.4 keV 

I=3/2 

m * = +/− 3/2 

∆ EQ 

m * = +/− 1/2 

◮ bei Übergängen I = 1 2 ↦→ I = 3 2 

(z.B. Fe, Sn) ↦→ Dublett mit Aufspaltung 

∆E Q 

I=1/2 

0 keV 

m = +/− 1/2 

◮ ∆E Q = f(Oxidationszustand, Spinzustand, 

Symmetrie)




◮ die Quadrupol-Aufspaltung der einzelnen Niveaus gilt 

◮ für ∆E Q damit zwei Anteile wichtig: 

E Q(m I) = 3m2 I − I(I + 1) 

eQV zz 

4I(2I − 1) 

1. Q = f(Kern/Spin) ↦→ konstant für Kern (E = A) 

◮ Q > 0: ’prolate’ Protonenverteilung im Kern 

◮ Q < 0: ’oblate’ Protonenverteilung im Kern 

2. V zz = Hauptkomponente des elektrischen Feldgradienten (EFG) am 

Kernort 

◮ V zz = 0 bei kubischer Umgebung 

◮ V zz umso größer, je unsymmetrischer/weniger kubisch die Elektronendichte 

(Ladungsverteilung) am Kernort 

◮ 1. Ableitung des ⃗ E-Feldes nach dem Ort (Feldgradient) 

◮ 2. Ableitung des von den Elektronen am Kernort erzeugten elektrostatischen 

Potentials V nach dem Ort 

◮ Ergebnis quantenmechanischer FP-Rechnungen



II: Quadrupolaufspaltung: ?? Was ist EFG und V zz ?? 

◮ elektrisches Feld ⃗ E x,y,z (Vektorfeld) 

1. definiert durch Kräfte ⃗ F x,y,z, die auf eine Probeladung Q (in [C]) wirken: 

⃗E = ⃗ F 

Q in den Einheiten N C = V m






⃗E = ⃗ F 

Q in den Einheiten N C = V m 

2. Gradient des Skalarfelds ’Potential’, V x,y,z (in [V]) 

⃗E = −gradV






⃗E = ⃗ F 



⃗E = −gradV 

◮ elektrischer Feldgradient (EFG) heisst demnach 

1. partielle 1. Ableitungen des ⃗ E-Feldes nach dem Ort 

2. Tensor der partiellen Ableitungen des Potentials V nach dem Ort






⃗E = ⃗ F 



⃗E = −gradV 

◮ elektrischer Feldgradient (EFG) heisst demnach 

1. partielle 1. Ableitungen des ⃗ E-Feldes nach dem Ort 

2. Tensor der partiellen Ableitungen des Potentials V nach dem Ort 

◮ Zusammenhang zwischen Ladungsdichte ρ x,y,z (z.B. Elektronendichte) und 

dem dadurch erzeugten ⃗ E-Feld: 

div ⃗ E = −div gradV = −∆V = 1 ǫ 0 

ρ in den Einheiten V m 2 = Vm 

As 

|{z} 

1/ǫ 

As 

m 3 

|{z} 

ρ



II: Quadrupolaufspaltung: ?? Was ist der EFG und V zz ?? 

◮ = 2. Ableitungen des Potentials V nach dem Ort 

◮ 3x3-Tensor der 2. Ableitungen des Potentials: 

0 

1 

B 

@ 

δV 

δxδx 

δV 

δyδx 

δV 

δzδx 

δV 

δxδy 

δV 

δyδy 

δV 

δzδy 

δV 

δxδz 

δV 

δyδz 

δV 

δzδz 

C 

A 

◮ symmetrischer Tensor ↦→ drei Hauptachsen V xx, V yy, V zz 

(nach Transformation in Hauptachsensystem) 

◮ spurloser Tensor ↦→ nur 2 unabhängige Komponenten, i. A. definiert nach: 

◮ V zz: Hauptachse 

◮ η: Asymmetrieparameter: 

Vxx − Vyy 

η = 

V zz 

◮ V zz = 0 bei kubischer Umgebung 

◮ V zz umso größer, je unsymmetrischer/weniger kubisch die 

Elektronendichte (Ladungsverteilung) am Kernort



II: Quadrupolaufspaltung: EFG in der Mößbauerspektroskopie 

◮ wenn V zz des Emitters = 0 (kugelsymmetrisches ⃗ E-Feld am Emitterkern) 

◮ gilt bei Übergängen I = 3 ↦→ I = 1 (z.B. für Fe, Sn) 

2 2 

◮ für die Quadrupolaufspaltung allgemein: 

∆E Q = 1 2 eQVzz r 

◮ V zz = Hauptachse des EFG-Tensors 

◮ η: Asymmetrieparameter: 

η = 

Vxx − Vyy 

V zz 

1 + η2 

3



Beispiel für Fe 

Fe(II)-Komplexe (schematisch) 

relative Intensität 

100 

90 

80 

Fe(II)−LS; S=0; kubisch 

Na 4[Fe(CN) ] 6 

−2 −1 0 1 2 

Geschwindigkeit v [mm/s] 


100 

90 

80 

∆E 

Q 

Fe(II)−LS; S=0; 

tetragonal 

Na 2[Fe(CN) 5(NO)] . 2 H 2 O 

−2 −1 0 1 2 


◮ LS-Fe II ↦→ d 6 ↦→ nur 

gepaarte Elektronen ↦→ kein 

Magnetismus 

∗ S. C. Engelhardt, G. Frisch, F. Emmerling, C.R., Z. Kristallogr. Suppl. 25, (2007).



Beispiel für Fe 

Fe(II)-Komplexe (schematisch) 



100 

90 

80 

100 

90 

80 

−2 −1 0 1 2 


∆E 

Q 

Fe(II)−LS; S=0; kubisch 

Na 4[Fe(CN) ] 6 

Fe(II)−LS; S=0; 

tetragonal 

Na 2[Fe(CN) 5(NO)] . 2 H 2 O 

−2 −1 0 1 2 


◮ LS-Fe II ↦→ d 6 ↦→ nur 

gepaarte Elektronen ↦→ kein 

Magnetismus 

Fe(III)-Oxido-Ferrate ∗ 

1.00 

0.99 

δ =0.155(3) mm/s 

∆ E Q =1.546(7) mm/s 

Rb 6[Fe 2O 6] 

HF = 0 T 

0.98 

−10 −5 0 

v [mm/s] 5 10 

Fe III Fe II 

0 

1 2 3 ∆E Q [mm/s] 

KFeO 2 KFeS 2 (NH 4) 2Fe(SO 4) 2·6 H 2O FeSO 4·7 H 2O 

Cs(1) 

O(3) 

O(2) 

Fe 

Rb 6[Fe 2O 6] 

Cs(2) 

O(1) 

Cs(3) 

O(1) 

Cs(3) 

Cs(3) 

Fe 

O(3) 

O(2) 

Cs(1) 

Cs(1) 

Cs(1) 

Cs(2) 

Cs(2) 

Cs(1) 

∗ S. C. Engelhardt, G. Frisch, F. Emmerling, C.R., Z. Kristallogr. Suppl. 25, (2007).



Beispiel 2: 119 Sn-Spektren von A 23.6 [Sn 4 ][SnO 3 ] 3.4 [O] 3 (a) und RbSn (b) 

1 

a) 

A 

0.99 

B 

0.98 

b) 

0.97 

0.96 

−4 −2 0 2 4 

Isomerieverschiebung [mm/s] 

Verbindung Sn- Koordination d Sn−Sn bzw. δ [mms −1 ] ∆E Q Flächenverhältnis 

Spezies von Sn d Sn−O relativ zu BaSnO 3 [mm s −1 ] gem. theor. 

α-Sn (grau) Sn 0 4 Sn 281 2.00 - 

RbSn Sn − 3 Sn 294-295 2.38 - - 

A 23.6[Sn 4] Sn − 3 Sn 291-296 2.38 - 0.52 0.54 

[SnO 3] 3.4[O] 3 Sn 2+ 3 O 201-205 1.61 1.13 0.48 0.46 

K 2Sn 2O 3 Sn 2+ 3 O 208 2.08 1.61 - 

SnO (PbO-T.) Sn 2+ 4 O 264-290 2.64-2.90 1.27-1.50 - 

G. Frisch, C. Hoch, C.R., P. Zönnchen, K. D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661-1672 (2003).











Literatur




B 

µ 

* 14.4 keV 

I=3/2 

2 

1 

3 

4 

5 

6 

m * = + 3/2 

m * = + 1/2 

m * = − 1/2 

m * = − 3/2 


1 2 3 4 5 6 

I=1/2 

0 keV m = − 1/2 

m = + 1/2 


◮ Kerne mit Spin ↦→ bewegte Ladungen ↦→ magnetisches Moment µ 

◮ magnetische Quantenzahlen m I 

◮ 2I+1 Ausrichtungsmöglichkeiten im magnetischen Feld 

◮ I = 1 2 ↦→ m I = ± 1 (2 Einstellungen im Feld) 

2 

◮ I = 3 2 ↦→ m I = ± 1 2 oder ± 3 (4 Einstellungen im Feld) 

2 

◮ Auswahlregel: ∆ m = −1, 0, +1 ↦→ 6 Linien im Spektrum




B 

µ 

* 14.4 keV 

I=3/2 

2 

1 

3 

4 

5 

6 

m * = + 3/2 

m * = + 1/2 

m * = − 1/2 

m * = − 3/2 


1 2 3 4 5 6 

I=1/2 

0 keV m = − 1/2 

m = + 1/2 


◮ Kerne mit Spin ↦→ bewegte Ladungen ↦→ magnetisches Moment µ 

◮ magnetische Quantenzahlen m I 

◮ 2I+1 Ausrichtungsmöglichkeiten im magnetischen Feld 

◮ I = 1 2 ↦→ m I = ± 1 (2 Einstellungen im Feld) 

2 

◮ I = 3 2 ↦→ m I = ± 1 2 oder ± 3 (4 Einstellungen im Feld) 

2 

◮ Auswahlregel: ∆ m = −1, 0, +1 ↦→ 6 Linien im Spektrum 

◮ Stärke der Wechselwirkung im Magnetfeld B: E(m I) = −m µ I B 

◮ I: Drehimpuls (konstant für Kern) 

◮ µ: magnetisches Momemt (konstant für Kern) 

◮ B = lokale Magnetfelder



Beispiel 1: Das antiferromagnetische Oxido-Ferrat Rb[FeO 2 ] 

1.00 

0.99 

0.98 

RbFeO 2 

δ =0.202(2) mm/s 

∆ E Q =−0.089(3) mm/s 

HF = 50.84(1) T 

−10 −5 0 5 10 

v (mm/s) 

0 

b 

a 

Rb(1) 

Fe(1) 

Rb(2) 

Fe(2) 

c 

ferro Fe ferri Fe 3O 4 antiferro FeF3 

α-Fe 2O 3 

30 40 50 60 HF [T] 

K[FeO 2] Cs[FeO 2] 

Rb[FeO 2] 

S. C. Engelhardt, G. Frisch, F. Emmerling, C.R., Z. Kristallogr. Suppl. 25, (2007).



Beispiel 2: Magnetit 

◮ Fe 3O 4, Inversspinell: Fe III,TL [Fe II/III,OL 

2 

O 4] 

8(a) (Tetraeder) 

16(d) (Oktaeder) 

◮ 2 Sextetts 

◮ A: kleinere Intensität, Fe(III) auf TL 

◮ B: größere Intensität, Fe(II+III) auf OL 

◮ aber nur eine Spezies, d.h. schneller 

e − -Austausch zwischen Fe auf OL



Weitere Anwendungen 

Messungen ... 

◮ der verschiedensten Systeme 

◮ in beliebigen, auch nichtkristallinen Proben 

◮ mit beliebiger Matrix 

Beispiele 

◮ Komplexchemie: Unterschiedung HS/LS und Fe(II)/(III) 

◮ Untersuchung von ’Spin-cross-over’-Prozessen (AK Gütlich) 

◮ Werstoffwissenschaften: Fe-Spezies in Rost 

◮ Biologie/Biochemie/Medizin: Anteil Fe(II,III) (z.B. im Blut) 

◮ Mimos (Univ. Mainz): Fe-Minerale auf dem Mars 

◮ ... 

Informationen mit anderen Methoden kaum zugänglich 

◮ Feldgradienten, Elektronendichten 

◮ Oxidationsstufen 

◮ lokale magnetische Felder (auch bei Antiferromagneten) 

◮ ...











Literatur




◮ recht spezielle Methode 

◮ extrem wertvolle Informationen für Chemie 

◮ von Matrix nicht beeinflußt 

◮ auch an amorphen Proben, Gläsern usw. 

◮ ⊖ in der Praxis nur für wenige Elemente möglich 

◮ ⊖ Probe muss FEST sein 

◮ ⊖ lange Messzeiten 

◮ ⊖ keine Routine-Methode (aber inzwischen käuflich)


Literatur 









Literatur


Literatur 

Literatur 

◮ P. Gütlich: in D. Haarer, H. W. Spiess: Spektroskopie amorpher und 

kristalliner Festkörper, Steinkopff, Darmstadt (1995). 

◮ www.moessbauer.org 

◮ P. Gütlich: CHUIZ 4, 133-144 (1970) und 5, 131-141 (1971). 

◮ P. Gütlich: Skript zum Seminar ’Methoden’ DFG-Schwerpunktprogramm. 

◮ s.a. Volltext zur Vorlesung Web-Seite zur Vorlesung. 

◮ V. K. Sharma, G. Klingelhöfer, T. Nishida: Mössbauer Spectroscopy – 

Applications in Chemistry, Biology, and Nanotechnology. Wiley VCH 

(2013).

Mößbauerspektroskopie - Anorganische Chemie, AK Röhr, Freiburg

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