穆斯堡尔谱-电子跳步和原子扩散1

一般地说，原子或离子处于晶格中特定的位置上，但有两种情况不是这样，一是共振原子中的电子跳跃到其它近邻原子上的几率很高(在穆斯堡尔核激发寿命内)，二是共振核本身通过扩散改变自己的位置。

图1 不同温度Eu₃S₄的¹⁵¹Eu的穆斯堡尔谱。左侧小峰是Eu²⁺的，右侧大峰是Eu³⁺的

铕氧化物Eu₃O₄是正交晶系的CaFe₂O₄结构，Eu²⁺离子在Ca位置上，Eu³⁺在Fe位置上。这两种氧化物状态在¹⁵¹Eu的21.6keV穆斯堡尔谱中有明显区别，其同质异能移分别为-12.5 mm /s 和+0.6mm/s(相对Eu₂O₃)。另外在Eu₃S₄结构中,所有的铕阳离子处在等价位置上。低温时，Eu²⁺和Eu³⁺共振强度比是1 : 2 ；温度超过210K后，两峰逐渐增宽并结合在一起；升到273K左右，对应低温谱的中心呈现一个单峰。其特征如图1所示。这个现象无全可以解释为：处于Eu²⁺离子上的外层电子能够跨越一个势垒E₀而跳到另一个近邻Eu³⁺离子上，这个过程称为跳步。每--个跳步的几率的倒数用弛豫时间τ来表示。随温度升高电子跳步的几率加大，而τ则降低。τ对温度的依赖关系由下式给出:

式中E为电子跳步的激活能。以理论计算不同τ的谱和实验谱相比较，常常用于确定实验谱的驰豫时间。正如所希望的那样,由实验看出τ很明显地随温度指数变化，并可估算出Eu²⁺中电子跳步过程的激活能为E = 22kJ/ mol。电子跳步过程也存在于铁氧化物。

[1] 张宝峰，穆斯堡尔谱学