（凝聚态物理专业论文）尖晶石coni铁氧体纳米颗粒的穆斯堡尔谱研究.pdf

牛螗平兰州太学博士论文 摘要 以f e 3 0 4 为主要成分的磁铁矿可以说是人类最早接触到的铁氧体，古代称为 慈石，后来又称之为磁石。人类对磁铁矿的认识也可以说是整个磁学史的开始。 但是直到上世纪的3 0 年代以后，由于高频无线电新技术迫切地要求人们能够找 到既具有铁磁性，电阻率又很高的材料，才促使铁氧体材料的研究得到了飞跃式 的发展。一些跟铁氧体相关的理论、模型，例如反铁磁性理论、超交换模型等， 以及后来的分子场理论，也在这个时期得以建立起来。铁氧体材料的发展对科学 技术的进步有着深远的影响。1 9 3 3 年日本人创制了含钴铁氧体的永磁材料；荷 兰p h i l i p s 实验室的物理学家s n o c k 等研制出了各种性能优良的含锌的铁氧体， 并发展出了制备的工艺过程，促成了1 9 4 6 年软磁铁氧体材料的工业化。 通过离子部分替代而形成的混合型铁氧体，其性质往往具有比较宽的可供选 择范围，从而满足不同应用的需要，因此很多研究工作也围绕它们而展开。钴铁 氧体是一种良好的硬磁铁氧体材料，而镍铁氧体是软磁性铁氧体；另外钴铁氧体 ( c o f e 2 0 4 ) 具有大的磁晶各向异性常数k l ，而且其值为正( - + 1 0 6 e r g c m 3 ) ，镍 铁氧体( n i f e 2 0 4 ) 的磁晶各向异性常数k 1 为负( 1 0 4 e r g c m 3 ) ，因此，对于混 合型c o - n i 铁氧体( c o x n i l - x f e 2 0 4 ) ，按照简单的计算，当x = 0 0 2 7 时，其磁晶 各向异性常数k 。的理论值为零，因而其铁磁共振线宽应该晟小，也就是说，通 过微量的c o 替代n i ，可以实现对n i 铁氧体磁晶各向异性的调节，而m h s i r v e t z 和j h s o u n d e r s 铁磁共振实验测量所得的结果也证明了这一点，但是也因此关 于混合型c o n i 铁氧体( c o x n i l 一x f e 2 0 4 ) 的研究报导多限于c o 含量很小的情况 ( x o 1 ) ，而对高钴含量c o - n i 铁氧体( c o x n i l x f e 2 0 4 ) 的研究很少见。 随着近些年来纳米科学的发展，铁氧体纳米材料也加入到纳米材料科学的行 列中。由于其在微波领域具有好的应用前景，n i z n 铁氧体引起了很多研究者的 兴趣；而对全成分替代的混合型c o - n i 铁氧体( c o x n i l x f e 2 0 4 ) ( o x 和均方速度( v 2 ) 的普遍表达式中的权重因子的不同对这一 牛紫平兰州大学博士论文 结果作了解释。 3 通过磁热重的测量分析，在c o x n i i x f e 2 0 4 纳米颗粒样品中首次发现了同一 样品具有两个奈尔温度的现象，对于x = 0 1 ，0 3 ，0 5 三个样品的情况，两个 奈尔温度的差值分别为0k ，2 1 6k ，3 2 2k 。我们用布里渊函数对x = 0 1 ， o3 ，0 5 三个样品a 位和b 位的约化超精细磁场o - = h l l f ( t ) h h 0 ) 随约化温度 x = t t n 的变化关系进行了拟合，得到了a 位和b 位的奈尔温度的拟和值， 发现随着x 的增大，两个间隙位奈尔温度的拟合值不再相同，并且变化趋势 与磁热重的测量结果极为相似，对于x = 0 1 ，0 - 3 ，o 5 样品，两个奈尔温度的 差值分别为：0 4k ，1 3 士3k ，3 0 - 3 ：6k 。我们从超交换作用的角度对上面的 实验及拟合结果作了尝试性的解释。 4 首次通过改变溅射气压的方法，用射频磁控溅射的手段，以烧结的f e 2 0 3 为 靶材制备了f e 3 0 4 薄膜以及f e 3 0 4 岱一f e 2 0 3 ( 半金属反铁磁) 复合相薄膜， 对它们进行了x 射线衍射、内转换电子穆斯堡尔谱，以及宏观磁性测量等研 究分析。结合x 射线衍射数据和内转换电子穆斯堡尔谱的拟合结果，对薄膜 样品中的反铁磁相口，f e 2 0 3 进行了分析确认，对所得到的实验分析结果作了 相应的解释。 牛紫平兰州大学博士论文 a b s t r a c t t h en o t i o no fm a g n e t i s md a t e sb a c kt ot h ea n c i e n tw o r l d ，w h e r em a g n e t i t e ，t h e f i r s tk n o w nf e r r i t e ，w a sc a l l e dl o d e s t o n e a f t e r1 9 3 0 s ，t h e s t u d yo nf e r r i t em a t e r i a l s b e g a nt od e v e l o pa tav e r yh i g hs p e e dd u et ot h et e c h n o l o g yo fh i g hf r e q u e n c yr a d i o w h i c hd e s i r e sm a t e r i a l so ff e r r o m a g n e tw i t h h j 【g he l e c t r i c a lr e s i s t i v i t y s o m e f e r r i t e r e l a t e dt h e o r i e ss u c ha st h e t h e o r yo fa n t i f e r r o m a g n e t i s m ，t h et h e o r yo f s u p e r e x c h a n g ei n t e r a c t i o na n dt h en r e lt h e o r yo fm o l e c u l a rf i e l dw e r ee s t a b l i s h e d d u r i n gt h a tp e r i o do ft i m e t h ed e v e l o p m e n to ff e r r i t eh a saf a r - r e a c h i n gi m p a c to n s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i n19 3 3 ，t h ep e r m a n e n t - m a g n e tm a t e r i a lc o n t a i n i n gc o b a l t f e r r i t ew a sc r e a t e db yj a p a n e s e k i n d so f z i n e c o n t a i n e df e r r i t ew i t hh i g hq u a l i t yw e r e d e v e l o p e da n dr e l e v a n tp r e p a r a t i o nt e c h n i q u e sw e r ee s t a b l i s h e db ys n o c kf r o m p h i l i p sl a b o r a t o r yo fh o l l a n d ，w h i c hc a u s e dt h ei n d u s t r i a l i z a t i o no fs o f tm a g n e t i c f e r r i t ei n1 9 4 6 m a n ye f f o r t sw e r ep e r f o r m e do nt h es t u d yo fm i x e df e r r i t ew h i c hu s u a l l y p r e s e n t saw i d ec h o i c ei ni t sp r o p e r t i e sa n dc o u l dm e e td i f f e r e n tk i n d so f n e e d c o b a l t f e r r i t ei sak i n do fh a r df e r r i t ew i t ha h i g ha n dp o s i t i v em a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p y c o n s t a n tk i ( - + 10 。e r g c m 3 ) a n dn i c k e lf e r r i t eak i n do fs o f tm a g n e t i cf e r r i t ew i t ha r e l a t i v e l yl o wa n dn e g a t i v em a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p yc o n s t a n tk i ( 1 0 4 e r 刮c m 3 ) s ot h em a g n e t o e r y s t a l l i n e a n i s o t r o p yc o n s t a n tk lo ft h em i x e ds p i n e lf e r r i t e c o o0 2 7 n i 09 7 3 f e 2 0 4s h o u l db ez e r o t h e o r e t i c a l l yb yd o i n gas i m p l em a t h ，a n d c o n s e q u e n t l yt h ef e r r o m a g n e t i cr e s o n a n c el i n ew i d t ho ft h em i x e ds p i n e lf e r r i t e c o o0 2 7 n i 09 7 3 f e 2 0 4s h o u l dr e a c ht oi t sm i n i m u m ，w h i c hh a db e e nd e m o n s t r a t e d e x p e r i m e n t a l l yb ym h s i r v e t za n dj h s o u n d e r s m o s to f t h es t u d i e so nt h em i x e d c o - n if e r r i t ec o x n i l x f e 2 0 4a r el i m i t e dt ot h ec a s et h a tt h ec o b a l tc o n c e n 仃a f i o ni s1 0 w ( x ! o 1 ) n a n os c i e n c eh a v eb e e nd e v e l o p e dd r a m a t i c a l l yi nr e c e n ty e a r s ，i nw h i c h m i x e d n i _ z nf e r r i t eh a v es t i m u l a t e dm a n yi n t e r e s t sd u et o i t sp o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s i n m i c r o w a v et e c h n i q u e s b u tt h es t u d i e so nt h el l a n o s i z e dc o n if e r r i t ec o x n i i - x f e 2 0 4 牛紫平兰州大学博士论文 ( 0 5 x ! 1 ) h a v en o tb e e ns y s t e m a t i c a l l yr e p o r t e ds of a r n a n op a r t i c l es y s t e mi ss t i l la i n t e r e s t i n gr e s e a r c hf i e l db e c a u s em a n yb e h a v i o r so fl l a n om a t e r i a l sh a v en o tb e e n f u l l yu n d e r s t o o d n a n o s i z e dc o - n if e r r i t ec o x n i l - x f e 2 0 4 ( o i x _ 3 t h es p l i r i n go f n 6 e lt e m p e r a t u r ei nm i x e dr l a n of e r r i t ec o x n i i - x f e 2 0 4h a v e b e e n d e t e c t e db yt h em a g n e t i ct h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y s i sf o rt h ef i r s tt i m e t h e s p l i c i n gv a l u e sa r e0k ，2 1 6k a n d3 2 2kw h e nxe q u a l st o0 1 ，0 3a n d0 5 r e s p e c t i v e l y t h ed e p e n d e n c eo ft h er e d u c e dh y p e r f m ef i e l df h h t ) h i l f ( 0 ) o n t h er e d u c e d t e m p e r a t u r ef 册nf o r t h eaa n dbs i t e so fn a n o s i z e d c o x n i l - x f e 2 0 4 ( x 2 0 ，1 ，0 3 ，0 5 ) h a v eb e e nf i r e db yt h eb r i l l o u i nf u n c t i o n , f r o m w h i c hn 6 e lt e m p e r a t u r e sf o rb o t haa n dbs i t e so fe a c hs a m p l ew e r eo b t a i n e d n e e lt e m p e r a t u r e ( t n 、v a l u e so faa n dbs i t ef r o mf i t t i n gp r o c e d u r es h o wa v e r y s i m i l a r s p l i c i n gt o t h a tf r o mt h em a g n e t i ct h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y s i s t h e s p l i t t i n gv a l u e sb e t w e e nt n ( a ) a n dt n ( b ) f r o mf i t t i n gp r o c e d u r ea r e0 + 4k ，13 士3 一 茎苎苎查兰堡兰垒苎 一一 ka n d3 0 士6kw h e nxe q u a l st o0 1 ，0 3a n d0 5r e s p e c t i v e l y s u p e r e x c h a n g e i n t e r a c t i o nm o d e lh a sb e e nu s e dt oe x p l a i na b o v es p l i t t i n gp h e n o m e n a 4 f e 3 0 4f i l m sa n df e 3 0 dd - f e 2 0 3 ( h a l f - m e t a l l i c - f e r r o m a g n e t a n t i f e r r o m a g n e t ) c o m p o s i t ef i l m sh a v eb e e ns p u t t e r e df r o mas i n t e r e df e 2 0 3t a r g e tb yt h em e t h o d o fa l t e r i n gt h es p u t t e r i n gp r e s s u r ef o rm ef i r s tt i m e t h e i rp r o p e r t i e sh a v eb e e n e x a m i n e db yx - r a yd i f f r a c t i o nt e c h n i q u e ，v i b r a t i n gs a m p l em a g n e t o m e t e ra n d c o n v e r s i o ne l e c t r o nm 6 s s b a u e rs p e c t r o m e t e r ( c e m s ) a n t i f e r r o m a g n e t i c 口f e 2 0 3c o m p o n e n t so ft h es a m p l e sh a v eb e e nc o n f i r m e db yx r d a n dc e m s ， a n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v e b e e ne x p l a i n e d 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中己经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成 果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期：型0 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意掣 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文襁 查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：导师 南譬置审 签名：室。一。l b期：型 兰州太学博士论文第一章引言 第一章引言 1 1 尖晶石铁氧体简介 尖晶石结构这一名称起源于m g a l 2 0 4 ，结构式通常表示为 m x v 2 ) ( 4 。x c n 0 2 或者其它的硫族二价阴离子( s 2 。，s e 2 。，t e 2 一) ，有时它 们被某些一价阴离子( f _ ，i ，b r ) 部分替代 1 】；m n i m 代表金属阳离子或 金属阳离子的组合，价态得满足电中性要求。氧的电负性很强，使得 几乎所有的尖晶石铁氧体中都是以离子键结合为主，因此，尖晶石铁 氧体材料通常具有很高的电阻率，可视之为绝缘体。其它几种二价阴 离子( s 2 ，s e 2 一，t e 2 一) 的电负性比较弱，所形成的尖晶石结构材料通常表 现出半导体性，有时甚至是金属性，因此，它们的性质通常不与尖晶 石铁氧体材料放在一起讨论。 一个尖晶石铁氧体单胞含有5 6 个离子【2 。其中3 2 个为0 2 。离子， 呈近密堆积面心立方结构，形成两种间隙位：四面体( a ) 位被4 个0 2 一 离子包围，八面体( b ) 位被6 个0 2 离子包围。这样共形成6 4 个四面体 位和3 2 个八面体位，但只有其中的8 个四面体位和1 6 个八面体位被 2 4 个金属阳离子占据。由计算可得正好与a 位和b 位大小一致的球的 半径为： ，： ，。：竺口一r 。 “ 8 。 1 = 口一如 其中a 是尖晶石晶格的晶格常数，是0 2 离子的半径。在大多数尖晶 石铁氧体中，a = 8 5 0 a ，而= 1 3 2 a ，如果将这两个值代入上面的式 子则得到r a = 0 5 2 a ，r b = 0 8 1 a 。而大多是金属离子的半径为o 6 a 到 0 8 a 。因此，当一个金属离子占据a 位时，它将周围的0 2 离子向外推， 兰州大学博士论文 则形成晶格畸变，这一畸变用u 来表示。对于理想的密堆积o 。品格( 未 畸变晶格) u = 3 8 = 0 3 7 5 ，而真实的铁氧体中u = 0 3 8 0 0 3 8 5 。将u 代入 上面的两个表达式则得到： 1 一 r a = ( m 一) 3 一r o 叶 气 = ( 吾一“) 口一r o 尖晶石晶格具有立方对称性，对应于空间群0 7 h ( f d 3 m ) 。a 位中的 阳离子位的局域对称性为立方对称性，而b 位中的阳离子位的局域对 称性为三角对称性，三角对称轴为体对角线中的一条【1 。对应于空间 群0 7 h 的平移对称性和局域对称性可严格运用的条件是每个次晶格间 隙位只包含一种金属离子，也就是m m 2 x 4 中所有的m 离子处于四面 体位，所有的m 离子在八面体位，这种称为正尖晶石结构。起先通过 x 射线衍射，后来h a s t i n g s 和c o r l i s s 3 通过中子衍射确定：除了正尖 晶石结构，许多铁氧体中还存在反型的阳离子分布，即一半的m 离子 在a 位，剩余的m 离子和m 离子一起随意分布于b 位，称为反尖晶 石结构。有些材料的阳离子分布处于正型和反型之间，称为混合尖晶 石结构。因此，为了完整地描述尖晶石结构，需要一个表示反型度的 参量，其化学式可以写为： m 6 m 1 m l 小4 l + d x 4 ， 方括号中的是处于b 位的阳离子。6 = 1 表示正失晶石结构，6 = 0 表示反 尖晶石结构。 1 2 混合型c o - n i 铁氧体的研究概况及纳米c o n i 铁氧体的研究意义 尖晶石铁氧体材料应用广泛。钴铁氧体是一种良好的硬磁铁氧体 材料 4 】。上世纪8 0 年代以来，尖晶石铁氧体的磁光性质引起了人们的 兰州大学博士奄文第一章引言 关注，因为它们有可能应用于磁光记录和通讯 5 。n i f e 2 0 4 和c o f e 2 0 4 的磁光性质也被不同的研究小组进行了报道 5 - 8 。 通过离子部分替代而形成的非单一型铁氧体，其性质往往具有很 宽的可供选择范围 9 ，从而满足不同应用的需要，很多研究工作也围 绕他们而展开。其中，n i z n 铁氧体引起了很多研究者的兴趣f 9 2 9 ， 原因之一是由于其在微波领域具有好的应用前景。尖晶石型微波铁氧 体材料是在微波铁氧体器件中，最早应用的材料。镍铁氧体( n i f e 2 0 4 ) 具有高的奈耳温度( 5 8 5 。c ) ，热稳定性好，适于应用在高功率器件中 3 0 。很久以前，人们对微量c o 替代n i 形成的混合型c o - n i 铁氧体 ( c o x n n f e 2 0 4 ) 的性质( 主要是微波性质) 进行了研究报道f 3 1 - 3 7 ， 但仅限于c o 含量很少的情况( x 卯1 ) 。因为钴铁氧体( c o f e 2 0 4 ) 具 有大的磁晶各向异性常数k 】，且其值为正( - - + 1 0 6 e r g c m 3 ) ，镍铁氧体 ( n i f e 2 0 4 ) 的磁晶各向异性常数k l 为负( 1 0 4 e r g c m 3 ) 3 5 】，因此， 对于混合型c o - n i 铁氧体( c o x n i 【x f e 2 0 4 ) ，按照简单的计算，当x = o 0 2 7 时，其磁晶各向异性常数k l 的理论值为零，因而其铁磁共振线宽a h 应该最小 3 2 】，这与m h s i r v e t z 和j h s o u n d e r s 3 5 ；颉l j 得的实验结果 是基本符合的。yk i t a m o t o 等 3 8 】用旋转喷涂法制备的钴铁氧体薄膜 具有高的垂直各向异性，有潜力用作高密度垂直磁记录介质 3 9 1 ，他们 又发现 4 0 】，在钴铁氧体薄膜中掺入少量的n i ，可以明显降低薄膜的 粗糙度，从而降低其作为垂直磁记录介质的噪音水平，而垂直矫顽力 几乎没有减小。c h u ls u n gk i m 等 4 1 】报道了大块材料的混合型c o n i 铁氧体( c o x n i l x f 0 2 0 4 ) 的穆斯堡尔测量结果。而纳米材料的全成份 替代c o - n i 铁氧体( c o x n i l 。f e 2 0 4 ) 的性质还未见系统的研究报道。 尖晶石纳米颗粒材料在诸多应用领域都表现出其重要性 4 2 】，例如，微 波器件，高速数字磁记录，悬浮体系，铁磁流体，催化，磁制冷体系 兰州大学博士论文 等。纳米材料往往表现出一些不同于大块材料的特性，而有些性质还 没有被完全理解，因此纳米颗粒体系仍是一个活跃的研究领域。对纳 米材料c o - n i 铁氧体( c o x n i l 。f e 2 0 4 ) 性质的研究有助于更深入理解 其表现出来的特殊性质，并为其可能的应用提供更多的依据。 1 3 穆斯堡尔效应及其在科学研究中的重要性 穆斯堡尔效应即无反冲核共振吸收效应，是由德国科学家穆斯堡 尔( r l m 6 s s b a u e r ) 于1 9 5 8 年发现的 4 3 】。他本人也因此获得了1 9 6 1 年度的诺页尔物理学奖 4 4 。共振吸收是自然界的普遍现象。1 9 0 4 年， 伍德( r ww o o d ) 发现了原子体系中的共振现象，而在这之后的半 个世纪内，人们始终没有成功地观察到极窄的原子核共振吸收谱线。 主要是人们没有认识到原子核的反冲对共振过程的影响。 在穆斯堡尔谱学中，应用最多的是5 7 f e 原子核从自旋i e = 3 2 的激 发态跃迁到自旋i g = l 2 的基态的v 跃迁。以此原子核为例，第一激发 态( 核自旋i e = 3 2 ) 的半衰期t 1 ，2 为1 0 。秒 4 4 ，而能级的自然宽度r 和平均寿命t 服从“测不准关系”： f x = h 2 x h 为普朗克常数，1 9 2 r r = i 0 5 4 5 7 2 6 6 x 1 0 。3 4 j s 2 ，考虑到i j = 0 6 2 4 1 5 1 0 1 9 e v 2 ，利用上面的式子可算得f = 4 6 x 1 0 4 e v 4 5 。 由能量和动量守恒定律可以证明，静止的自由原子核发射能量为 耳的丫射线时，其反冲能量为： e r = e 2 2 m c 2 其中e r - 1 4 4 1 3 k e v 4 6 ，为7 f e 原子核第一激发态和基态的能量差， m 是原子核的质量，c 是光速。将已知数据代入可求得e r 为 1 9 5 x 1 0 3 e v ，这一值比t 射线的自然宽度( r = 4 6 x 1 0 。9e v ) 大好几个 兰州大学博士砼文第一章引言 数量级，因此自由原子核不可能发生明显的y 共振吸收。 如果发射和吸收y 射线的原子核被置入固体的晶格束缚之中，这 些原子核在发射和吸收v 射线时，有一定的概率原子核不发生反冲， 从而以定的几率实现了所谓的无反冲原子核之间的共振吸收，这一 现象被称为穆斯堡尔效应 4 4 。 无反冲过程发生的几率依赖于自由原子反冲能与德拜能k b o d ( 声 子的特征能量) 的比值 4 5 】。当一个y 射线发射过程发生时，只要反冲 能足够小，不能使原子从它的晶格位发生移位，则此处于固体中的原 子有可能激发零个、个或多个声子，但不能以任意能量发生反冲。 大量y 射线发射过程发生时，平均来说，每一个y 射线发射过程所激 发的声子的能量正好等于自由原子反冲能e ，2 2 m e 2 【4 5 ，4 6 】，因此很 明显，当自由原子反冲能小于声子的特征能k b o d 时，将有很大的概率 不激发声子，称为零声子过程，即发生了无反冲v 射线发射。 穆斯堡尔谱线很窄，约为自然线宽的两倍，而这往往小于原子核 与核外环境间的超精细相互作用能【4 5 ，用它可以方便地研究原子核与 其周围环境的超精细相互作用。穆斯堡尔谱学具有极高的能量分辨本 领，以”f e 的1 4 4 k e v y 跃迁为例，谱线宽度相对于1 4 4 k e v 而言，为 1 0 。3 数量级，这意味着可以反映出1 1 0 1 3 的能量变化。穆斯堡尔核素 6 7 z n 和1 。7 a g 的能量分辨本领更是高达l o 。1 5 和1 0 一2 2 数量级 4 4 】。正是 鉴于穆斯堡尔效应的诸多诱人的特点，这一效应发现后，很快就得到 了物理学界的广泛关注 4 7 5 4 1 ，随后又进入化学、矿物学、生物学、 医学、材料科学、环境科学、考古学等领域，成为这些领域科学研究 的重要方法。一些以前没有办法进行的实验工作也得以展开。 r vp o u n d 和ga r e b k a ，j r 建议【4 7 】并实现 4 8 y 验证爱因斯坦 广义相对论1 9 1 1 年所预言的光在地球引力场作用下的红移效应。他们 兰州大学博士谁文 第一章引言 也首先报道了卯f e 的1 4 4 k e v 超精细分裂 4 9 1 。后来，tk a t t a 和k j r i s k i 5 0 利用67 z n 的9 3 3 k e v 穆斯堡尔跃迁在实验室测定了引力红移。 6 v z n 的穆斯堡尔谱线宽度比5 7 f e 的还要窄6 0 0 倍 4 6 】，所以利用6 v z n 的9 3 3 k e v 穆斯堡尔跃迁在高度为l 米的距离就可以精确铡定引力红 移效应，而且实验可以沿空间的各个方向进行。hj h a y 等【5 l 】设计的 转盘实验，利用”f e 的1 4 4 k e v 7 跃迁验证了爱因斯坦关于引力场和加 速系统等价的等价性原理。 在迄今已观察到效应的九十余个穆斯堡尔同位素，一百多个穆斯 堡尔跃迁中，使用最广泛的是5 7 f e 的1 4 4 k e v 跃迁。它在室温下就能 观察到很强的效应，而碰巧地球上的铁含量也很高。由于穆斯堡尔谱 学在材料研究方面的特殊优点，它的应用延伸到很多的科学领域，并 且从地球延伸到了太空。2 0 0 4 年1 月先后登陆火星的“勇气号”和“机遇 号”火星探测器都配有微型化的穆斯堡尔谱仪装置，在火星表面进行原 位测量，所用的标准样品为磁铁矿【5 5 ，5 6 ，其探测方式为背散射模 式，如图1 1 所示。 利用微型化的穆斯堡尔谱仪装置，科学家们对火星表面的土壤、 岩石、以及用磁铁收集的粉尘进行了测量分析5 5 5 7 ，并对火星的演 化过程做了推测。 兰州大学博士奄文 第一章i l 言 图1 1 “勇气号”和“机遇号”火星探测器配备的微型化的穆斯堡尔谱仪装置 参考文献 1 e rw o h l f a r t h ，“f e r r o m a g n e t i cm a t e r i a l s ”，v 0 1 3 ( n o r t h h o l l a n d ， n e w y o r k ，1 9 8 2 ) p 1 9 1 2 近角聪信著，葛世慧译，张寿恭校，铁磁性物理，兰州大 学出版社，2 0 0 2 ，p 1 6 4 ，p 5 4 8 ，p 5 4 7 3 j m h a s t i n g s ，a n dl m c o r l i s s ，r e v m o d p h y s 2 5 ，1 1 4 ( 1 9 5 3 ) 4 c h u ls u n gk i m ，y o u n gs u ky i ，k e y - t a e c kp a r k ，h a en a m g u n g ， a n dj a e - g w a n gl e e ，j a p p l p l a y s 8 5 ，5 2 2 3 ( 19 9 9 ) 5 k w a n gj o ok i m ，h a ns e u n gl e e ，m y o u n gh e el e e ，a n ds u n gh o l e e ，j a p p l p h y s 9 1 ，9 9 7 4 ( 2 0 0 2 ) 6 wf j f o n t i j n ，rj v a nd e rz a a g ，a n dr m e t s e l a a r , j a p p l t h y s 8 3 ，6 7 6 5 ( 1 9 9 8 ) 一7 兰州丸擎博士论文 第一章引言 i 一一 7 ，c h u n h u ay a n ，f u x i a n gc h e n g ，z u o y a np e n g ，z h i g a n gx u ，a n d c h u n s h e n gl i a o ，j a p p l p h y s 8 4 ，5 7 0 3 ( 19 9 8 ) 8 w f ，j f o n t i j n , ej v a nd e rz a a g ，l f f e i n e r ，r m e t s e l a a r ，a n d m a c d e v i l l e r s ，j ，a p p l p h y s 8 5 ，5 1 0 0 ( 1 9 9 9 ) 9 a k m a k t h e rh o s s a l n ，m s e k i ，t k a w a i ，a n dh t a b a t a , j a p p l p h y s 9 6 ，1 2 7 3 ( 2 0 0 4 ) 1 0 h p j w i j n , m g e v e r s a n dc m v a nd e rb u r g t ，r e v m o d p h y s - 2 s 9 1 9 2 ( 1 9 5 3 ) 1 1 vc w i l s o na n dj s k a s p e r , e h y s r e v 9 5 ，1 4 0 8 1 4 1 l ( 1 9 5 4 ) 1 2 d m g r i m e s ，s l e g v o l d ，a n de f w e s t m m ，j r ，p h y s r e v 1 0 6 ， 8 6 6 8 6 7 ( 1 9 5 7 ) 1 3 n s s m u r t h y , m gn a t e r a , s i y o u s s e f , r j b e g u m ，a n dc m s f i v a s t a v a ，p h y s r e v 1 8 1 ，9 6 9 9 7 7 ( 1 9 6 9 ) 1 4 ggs c o t ta n dr a r e c k , p h y s r e v b2 ，1 3 0 6 1 3 0 9 ( 1 9 7 0 ) 1 5 l k l e u n g ，b j e v a n s ，a n da h m o r r i s h ，p h y s r e v b8 ，2 9 - 4 3 ( 1 9 7 3 ) 。 1 6 t m u e na n dp k t s e n g ，p h y s r e v b2 5 ，1 8 4 8 1 8 5 9 ( 1 9 8 2 ) 1 7 a r d a s ，vs a n a n t h a n ，a n dd c k 且a n ，j a p p l p h y s 5 7 ，4 1 8 9 ( 1 9 8 5 ) 1 8 ，g e r a l df d i o n n ea n dr u s s e l lgw e s t ，a p p l p h y s l e t t 4 8 ，1 4 8 8 ( 1 9 8 6 ) 1 9 ht h a h n ，r wc a h i l l ，a n dh m m u s a l ，j r ，j a p p l p h y s 6 4 ， 5 6 5 0 ( 19 8 8 ) 2 0 s h t a l i s a , k c y o o ，m a b e ，a n dt i t o h ，j a p p l f l a y s 6 4 ， 5 8 1 9 ( 1 9 8 8 ) 8 兰州大学博士论文 第一幸引言 2 1 t a d o o l i n ga n dd c c o o k ，j a p p l p h y s 6 9 ，5 3 5 2 ( 1 9 9 1 ) 2 2 t a d o o l i n ga n dd c c o o k ，j a p p l p h y s 6 9 ，5 3 5 5 ( 1 9 9 1 ) 2 3 vg h a r r i s ，n c k o o n ，c m w i l l i a m s ，q z h a a g ，a n dm a b e ，j a p p l p h y s 7 9 ，4 5 6 1 ( 1 9 9 6 ) 2 4 t a t s u y an a k a m u r a , j a p p l p h y s 8 8 ，3 4 8 ( 2 0 0 0 ) 2 5 gs r i n i v a s a n ，e t r a s m u s s e n ，a n dr h a y e s ，p h y s r e v b6 7 ， 0 1 4 4 18 ( 2 0 0 3 ) 2 6 t a k a n o r it s u t a o k a , j a p p l p h y s 9 3 ，2 7 8 9 ( 2 0 0 3 ) 2 7 c h a n