2. آزمايشگاه فناوري نانو کفا آزمايشگاه فناوري نانو کفا
معرفی اثر موزبائر
آزمايشگاه فناوري نانو کفا
آزمايشگاه فناوري نانو کفا
Kefa Nano Lab K N L

3. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
فهرست مطالب
اصول فیزیکی اثر موزبائر 1
روش طیف سنجی موزبائر 2 3
برهمکنش های هسته ی اتم با محیط اطراف 4
پارامترهای طیفی
کاربردهای طیف سنجی موزبائر 5
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

4. Mössbauer Spectroscopy (MS) =
Nuclear Gamma Resonance Spectroscopy (NGRS)
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

5. جذب رزونانسی بدون پس زنی هسته
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

6. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
رزونانس هسته ای
فرایند جذب رزونانسی هسته با نشر رزونانسی همراه است
تشدید فلوراسانس هسته ای روشی جهت تحقیق در ماده ی چگال است
مزایای روش:
عمق نفوذ بالای پرتو در ماده ی چگال
پهنای نسبی کوچک خطوط جذب و نشر (دقت آنالیزی بالا)
حساسیت بالای پارامترهای طیفی به عوامل داخلی و خارجی نمونه ی تحت آنالیز
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

7. پهنای ذاتی خطوط جذب و نشر
طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ:
عدم قطعیت در اندازه گیری انرژی
مدت زمان اندازه گیری انرژی
ثابت پلانک E
L(W)
E0 - / E0 + /2 E0  1
1/2
در حالت پایه:
در حال برانگیخته:
Γ- پهنای ذاتی خطوط جذب و نشر
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

8. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
پدیده پس زنی (Recoil)
شلیک گلوله به سمت هدف از روی زمین صلب.
تعداد برخورد نسبت به فاصله از هدف تابعی نرمال دارد (در ترازهای
انرژی این تابع همان باند طبیعی هایزنبرگ است)
شلیک گلوله از درون قایقی در دریاچه ای آرام.
به سبب قانون بقای انرژی پس زنی اتفاق می‌افتد ER انرژی برابر میزان
تکانه‌ی گلوله‌ی پرتابی دارد.
شلیک گلوله از درون قایقی در دریاچه‌ای متلاطم.
حرکت قایق سبب کاهش احتمال برخورد گلوله و پهن شدگی
توزیع احتمال می‌شود
شلیک گلوله از درون قایق، در دریاچه ای یخ زده!
قایق امکان حرکت و پس زنی را ندارد و توزیع احتمال برخورد
همچون (a) می‌گردد.
در شرایط و دمای محیطی، پهن شدگی حرارتی و پس زنی ناشی از قانون بقاي تكانه
سبب می‌شود میزان همپوشانی توابع نشر و جذب انرژی و در نتیجه پدیده‌ی
رزونانس حداقل گردد. با کاهش دما همپوشانی این توابع افزایش می یابد.
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

9. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
پس زنی در هسته
هسته پس از گسيل گاما طبق قانون بقاي تكانه پس زده مي شود:
انرژي فوتون جذب شده > انرژي فوتون نشر یافته
همپوشاني بين خطوط جذب وگسيل صورت نمي گيرد
تشديد فلورسانس مشاهده نمي شود
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

10. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
کشف اثر موزبائر
در سال 1958رادولف موزبائر با حذف پدیده‌ی پس زنی (مانند آنچه در دریاچه یخ زده اتفاق می افتد) امكان مشاهده پديده‌ی رزونانس اشعه گاما را فراهم ساخت.
زیربنای اصلی این پدیده که بر اساس کشف نشر و جذب پرتو گاما در مواد است به "اثر موزبائر" معروف شد.
در 1961 موزباور جایزه‌ی نوبل را در فیزیک برای کشف و تئوری پردازی این پدیده دریافت نمود.
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

11. جذب و نشر بدون پس زنی (Recoil-free)
جرم پس زده شده، جرم كل كريستال است (جرم کریستال 1015 مرتبه بزرگتر از جرم يك اتم تنهاست)
انرژي پيوندهاي شيميايي در شبكه كريستالي (1-10eV) << انرژي پس زني اتم (10 −2KeV)
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

12. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
عناصر فعال موزبائر
انرژي استحاله اي بين 5 تا KeV 180
طول عمري در محدوده ي 6-10 تا s 11-10
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

13. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
واپاشی هسته ای در 57Co
- 10ns
- 100ns
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

14. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
نحوه عملکرد دستگاه
Mossbauer drive
source
collimator
detector
sample
detector
واپاشی چشمه ی 57 Co به 57Fe با نشر پرتو گاما
برخورد پرتو با نمونه تحت آنالیز ← برهمکنش پرتو با هسته ی اتم موزبائر موجود در نمونه ← جذب رزونانسی پرتو در ترازهای هسته ← عبور و پراکنش پرتوهای اصابت کرده با نمونه
موازی سازی پرتوها در موازی ساز (collimator)
ایجاد طیفی انرژی از پرتو گامای تک انرژی با حرکت دادن چشمه با شتاب ثابت (اثر دوپلر)
فیت کردن نمودار با کمک بسته ی نرم افزاری
آشکار سازی پرتوهای خروجی در آشکارساز در حالت عبوری یا انعکاسی
57Co + e (capture) → 57Fe + γ
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

15. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شماتیک اجزای موزبائر
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

16. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
طیف موزبائر
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

17. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
سرعت دوپلر
پدیده دوپلر
پرتو خروجی از چشمه تک فام است.
به منظور دستیابی به طیفی از پرتوها و امکان شناسایی تمامی ترازهای انرژی، چشمه را نسبت به جاذب حرکت می دهند
محرک سرعت دوپلر
حرکت با شتاب ثابت در جهت X± و محدوده ی سرعت ها چند mms-1 با شکل پالسیِ معین توسط محرک سرعت دوپلر انجام می‌شود.
طیف خروجی
هر کانال دتکتور مربوط به یک سرعت مشخص است که در آن تعداد پرتوهای دریافت شده با انرژی معین شمارش می گردد. نتیجهی این آنالیز به صورت تابعی از شدت پرتوی عبوری نسبت به سرعت چشمه گزارش میشود. t a
+vmax
-vmax v
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

18. تجهیزات طیف سنجی موزبائر
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

19. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
حساسیت و دقت آنالیزی
پهنای ذاتی خطوط انرژی براي57Fe برابر eV ×10-9 در مقایسه با انرژي اشعة گاماي موزبائر اين ايزوتوپ (14.4 keV)
نسبتی از مرتبه 1 بر مي‌باشد.
معادل یک ذره غبار پشت یک فیل یا یک ورق کاغذ در فاصله بین خورشید و زمین
امکان تشخیص برهم كنش هاي فوق ظریف(Hyperfine) هسته
قابلیت تشخیص مغناطش سطحی در نانو ذرات
دقت آنالیزی فوق العاده بالا
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

20. برهمکنش های هسته ی اتم با محیط اطراف
وابسته به محیط پیرامون اتم Fe و ویژگی های مغناطیسی، طیف موزباور می تواند شامل تک پیک(singlet) ، جفت پیک (doublet) یا پیک های شش تایی (sextet) باشد.
سه پديده اصلي که توسط این اثر می توان به بررسی برهمکنشهاي ترازهاي انرژي هسته با محيط شيميايي و مغناطیسی اطراف پرداخت عبارتند از:
پديده انتقال
ايزومری
پديده
شکافتگی
کوادروپل
پديده
شکافتگی
مغناطيسي
Magnetic hyperfine field
Quadrupole splitting
Isomer shift δ Δ
Bhf
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

21. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شیفت ایزومری δ
δ = EA – ES = (2/3)πZe2 (ρA – ρS)(Re2 – Rg2)
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

22. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شیفت ایزومری δ
Oxidation state
Bond properties
Covalency
Electronegativity
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

23. شیفت ایزومری δ ترکیبات آهن
ايزومر شيفت مثبت 
تركيبات آهن (I) با اسپين s=3/2
هفت الكترون اوربيتال d پوشش مستحكمي براي الكترون هاي s در مقابل بار هسته
كاهش شديد دانسيته الكترون هاي s ρA
(ρA – ρS) مقداري منفي مي يابد (فاكتور هسته اي (Re2 – Rg2) براي 57Fe منفي است)
مقدار ايزونر شيفت به شدت مثبت مي شود.
ايزومر شيفت به شدت منفي 
تركيبات آهن (VI) با S = 1
تركيات آهن (VI) تنها دو الكترون در اوربيتال d دارند و اثر پوششي اين اوربيتال ها بر اوربيتال هاي s بسيار ضعيف است
دانسيته الكترون هاي s ، ρA تقريبا بالاست مقدار اختلاف دانسيته (ρA – ρS) مثبت زماني در (Re2 – Rg2) منفي ضرب شود
ايزومر شيفت منفي مي شود.
مناطق ايزومر شيفت كه همپوشاني ندارند، براي مثال تركيبات اسپيني بالا آهن (II) با S=2 به راحتي توسط طيف موزبائر قابل تشخيص است.
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

24. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شکافتگی کوادروپل (QS)
يك هسته با اسپين I > 1/2 داراي توزيع بار فضايي غيركروي ميباشد.
بار نامتقارن در اطراف هسته باعث بروز ميدان الكتريكي نامتقارن (EFG) در هسته مي‌شود
میدان الکتریکی پدید آمده سبب شکافتگی ترازهای انرژی هسته می‌شود.
 ناشی از هر اثری که در جمعیت اوربیتال های pz نسبت به اوربیتال های (px,py) یا درdz2 نسبت به dx2-y2 و یا dxy نسبت به (dxz ,dyz) اختلاف ایجاد کند
ناشی از حضور الکترون های جفت شده که در پیوند شرکت ندارند
ناشی از عدم تقارن در جمعیت الکترونی اوربیتال های پیوندی زمانی پدید می آید که لیگاندها معادل یکدیگر نباشند
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

25. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شکافتگی کوادروپل (QS)
Oxidation state
Spin state
Symmetry
the structure of an electron shell
chemical bond
overall crystal or molecule architecture …
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

26. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شکافتگی مغناطیسی (MS)
ميدان مغناطيسي مؤثر H، تراز هسته با اسپين I را به 2I+1 زير تراز با فواصل مساوي مي شكافد
با توجه به قانون انتخاب (Selection Rule) 1 ΔmI = o , ±، شش گذا ر مجاز وجود دارد
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

27. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
شکافتگی مغناطیسی (MS)
Ferro-
Antiferro-
Ferri- Magnetism
magnetic structure,
magnetic phase changes,
phase analysis, …
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

28. وقوع همزمان شکافتگی مغناطیسی و کووادروپل
14,4keV
I=3/2
I=1/2 mI
+1/2
+3/2
-1/2
-3/2
2/3exH v
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

29. شکافتگی مغناطیسی(MS) وابستگی زاویه ای شدت خطوط
اگر نمونه ها از کریستالیت هایی با جهت گیری تصادفی تشکیل شده باشد، شدت این شش پیک با نسبت 3:2:1:1:2:3 خواهد بود.
جهت گیری کریستالیت ها بر روی این نسبت اثر به سزایی خواهد گذاشت
Θ - زاویه ی بین جهت نشر پرتوهای گاما و محور میدان مغناطیسی موثر در هسته:
استحاله
وابستگی زاویه ای شدت خطوط 3 2 1
شدت نسبی
شدت نسبی
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

30. روند رشد تحقیقات با استفاده از طیف سنجی موزبائر
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

31. درصد تحقیقات در کشورهای مختلف
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

32. تعداد مقالات ISI چاپ شده بر حسب موضوع
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

33. کاربردهای طیف سنجی موزبائر
لایه نشانی
و سطح
متالورژي
نانو
مغناطيس
فيزيك
بیوتکنولوژی
و پزشکی
کاتالیست ها
علم مواد
شیمی
مطالعات
خوردگی
مطالعات ديناميك
شبكه بلورين
باستان شناسی
کانی شناسی
و زمین شناسی
مطالعات
خاک سیارات
Mössbauer Spectroscopy Applications
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

34. موزبائر در مطالعات ساختاری
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

35. موزبائر در مطالعات خوردگی
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

36. موزبائر در مطالعات زیستی
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

37. موزبائر در مطالعات نوارهای مغناطیسی
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

38. طیف سنج موزبائر مینیاتوری (MIMOS)
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

39. مریخ نورد مجهز به طیف سنج موزبائر
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

40. مطالعات موزبائر در مریخ
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

41. تحقیق در زمینه آلودگی هوا
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

42. موزبائر در تحقیقات باستانی
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

43. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

44. آزمايشگاه فناوري نانو کفا
Uli Gonser in 1975.  “Mössbauer’s discovery that the γ-ray emission and absorption can occur in a recoil-free fashion might have seemed at first glance to be no more than just an interesting new phenomenon.  However, as soon as it became generally realized that the Mössbauer resonance line is extremely narrow and allows hyperfine interactions to be resolved and evaluated in a rather straightforward way, this handy new method created an avalanche of research activity.  Within a few years nearly all disciplines in the natural sciences enjoyed a boom in the application of Mössbauer spectroscopy.  Some journals were swamped to such an extent that editorials were written to limit the publication of Mössbauer results… . Rudolf Mössbauer’s concluding remark concerning the effect that bears his name in his Nobel Laureate speech of December 1961 has proved to be correct and has retained its significance to the present day; it can also be regarded as a prognosis for the future.  “We may therefore hope that this young branch of physics stands only at its threshold, and that it will be developed in the future, not only to extend the application of existing knowledge but to make possible new advances in the exciting world of unknown
K N L
آزمايشگاه فناوري نانو کفا

45. با تشکر از توجه شما