Fizikai Szemle 2006/8. - 253.o.
A MÖSSBAUER-EFFEKTUST FELHASZNÁLÓ KUTATÁSOK
MAGYARORSZÁGON
Faigel Gyula
Bár a hétköznapi életben nem nagyon hallunk a Mössbauer-
effektusról, illetve ennek alkalmazásairól, a tudományban
és az ipar bizonyos területein ez egy jól bevált,
széles körben alkalmazott technika. Egy olyan jelenségről
van szó, amelyet felfedezése (1957) után igen
rövid idővel Nobel-díjjal jutalmaztak (1961). Az e területen
folyó munkához a magyar kutatók is nagyon hamar
csatlakoztak, és jelentős eredményeket értek el. Úgy
gondoljuk, hogy fontos és érdemes megismerni a hazai
Mössbauer-kutatócsoportokat és munkájukat. A most
következő kétrészes cikk e célt szolgálja. Felkértük a
Mössbauer-technika hazai meghonosítóját, Keszthelyi
Lajost, hogy írjon egy történeti összefoglalót, mintegy
visszaemlékezve a kezdetekre. A második részben az
általa elindított kutatások eredményeként létrejött négy
csoportról írunk röviden.
Mivel a Mössbauer-effektuson alapuló anyagvizsgálat
elég speciális, sokak számára talán nem ismertek a módszer
alapjai. Ezért az említett két írás előtt röviden összefoglaljuk,
mit is kell tudnunk róla. Az senki számára nem
újdonság, hogy az atomok atommagból és elektronokból
álló összetett rendszerek.
Az atommagok is összetett
rendszerek, protonok és neutronok együtteséből épülnek
fel. Az is ismert, hogy az elektronok a maghoz kötöttek.
Ezt a kötést módosíthatjuk, ha az elektronokkal energiát
közlünk, ekkor ezek magasabb energiaszintre (gerjesztett
állapotba) kerülnek. Ez instabil állapot, ezért nem
marad fenn sokáig, és az elektron visszatér az alacsonyabb
energiájú állapotba (alapállapotba). E visszatéréskor
energiát ad le, általában elektromágneses sugárzás
(fény, röntgensugárzás) formájában. Az már talán kevésbé
ismert, hogy hasonló a helyzet az atommagok esetén
is. Számos atommagot nagy energiájú elektromágneses
sugárzással gerjeszthetünk, amelyek azután, például fotonok
kibocsátásával, visszatérnek az alapállapotba. Azonban
egy ilyen folyamat során teljesülnie kell az energia- és
impulzusmegmaradásnak is. Ha ezt egy magában álló
atommag esetén figyelembe vesszük (foton-atommag
kétrészecske-rendszer), akkor kiderül, hogy az impulzusmegmaradás
miatt a visszalökődő mag jelentős energiát
visz el. Így a mag a magnívók közötti gerjesztési energiáktól
lényegesen eltérő energiájú fotont bocsát ki vagy
nyel el. Rudolf Mössbauer felismerése az volt, hogy ha a
mag egy szilárd testben van, akkor létezhet olyan átmenet,
amelynél energiaeltolódás nincs. Ilyenkor, szaknyelven,
visszalökődésmentes abszorpcióról vagy emisszióról
beszélünk. Miért jó ez? Ez lehetővé teszi, hogy a mag
energianívói közötti különbségeket nagy pontossággal
meg tudjuk mérni. Ezek a különbségek viszont függenek
a mag és az azt körülvevő elektronok kölcsönhatásától.
Szilárd testekben az elektronfelhő különböző lokális környezetben
különböző módon deformálódik (pl. a vas
vegyértékállapotától függően a Fe2+ és Fe3+ ionok, vagy
az olyan vasatomok, amelyek köbös, illetve aszimmetrikus
lokális környezetben helyezkednek el megkülönböztethetőek
Mössbauer-effektus segítségével stb.) Ez adja a
Mössbauer-effektus széleskörű felhasználhatóságát
anyagvizsgálatban.
Keszthelyi Lajos: Emlékezés a Mössbauer-effektus hazai alkalmazásának első
éveire
Keszthelyi Lajos írásában olvashattuk, hogy a kezdeti lépések
után több kutatóhelyen is elkezdtek Mössbauer-effektust
alkalmazó kísérletekkel foglalkozni. Négy csoport
alakult ki, amelyek ma is működnek. A következőkben röviden
körvonalazzuk e csoportok fő kutatási területeit.
Természetesen egy ilyen rövid írásban még címszavakban
sem mondható el több mint 40 év minden eredménye,
ezért csak a legfontosabb irányokat jelezzük. A csoportokat
a megalakulásuk idobeli sorrendjét követve említjük.
A négy csoport különböző anyagcsaládok és jelenségcsoportok
vizsgálatára specializálódott:
Az MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézetben
a jelenleg Dézsi István és Nagy Dénes Lajos által vezetett,
most 13 tagú csoport folytatta a legszerteágazóbb kutatást.
A munka sokirányúságára jellemző, hogy nemcsak a leggyakrabban
használt 57Fe mag átmeneteit felhasználva mértek,
hanem 159Tb, 161Dy, 191Am, 125Te,
129I, 133Cs, 119Sn magokéit
is. Az általuk vizsgált anyagcsaládok között a legjelentősebbek:
a szilárd oldatok (pl. Fe(ClO4)2), ionimplantált
rendszerek (pl. Co/Si, Te/Si, LiNbO3) és a magas-hőmérsékletű
szupravezetők (Co:YBa2Cu3O7). Az utóbbi tíz
évben a csoport érdeklődése a vékonyréteg rendszerek
felé fordult, a néhány atom vastagságú rétegek kialakulását
és mágneses doménszerkezetét tanulmányozzák. Vizsgálataikban
a szinkrotron sugárforrásoknál kifejlesztett Mössbauer-
reflektometriát is felhasználják.
A következő az 1967-ben az ELTE Kémia Tanszékén
alapított - először Vértes Attila, jelenleg Homonnay Zoltán
vezetésével dolgozó - 11 tagú csoport. Kutatásaik
elsősorban kémiai indíttatásúak. Foglalkoztak oldatok
szerkezetének vizsgálatával, koordinációs és elektrokémiai
problémákkal. Legújabb kutatásaik pedig alumínium-
ötvözetek, amorf rendszerek, szupravezetők és
kolosszális mágneses ellenállást mutató anyagok tulajdonságainak
megértésére koncentrálnak.
A harmadik az MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutató
Intézetében 1970-ben Cser László, majd Vincze Imre vezetésével
alakult 9 tagú csoport. Kutatási témáik közül kiemelendők:
vasalapú híg ötvözetek, nagykoncentrációjú,
többkomponensű ötvözetek vizsgálata, fémüvegek atomi
és mágneses szerkezetének tanulmányozása. Újabb kutatási
területük a különböző módokon (mechanikus őrléssel,
amorf anyag részleges kristályosításával, párologtatással)
előállított nanoszerkezetű anyagok (Fe, Fe-B, Fe-Zre-
B, Fe-Al, Fe-Ag) határréteg szerkezetének és méretfüggő
mágneses tulajdonságainak vizsgálata. E mellett a csoport
egyik része - Faigel Gyula vezetésével - úttörő munkát
végzett a szinkrotron sugárforrásoknál lévő nukleáris rezonanciaszóráson
alapuló kísérletek kifejlesztésében.
A negyedik az 1979-ben, az MTA Izotópkutató Intézetben
Guczi László, majd Lázár Károly vezette 4 fős csoport.
Fő kutatási területük a katalízis in situ tanulmányozása
Mössbauer-spektroszkópia segítségével. Témáik
között szerepel a két-fémes katalízis, a zeolittal kapcsolatos
kutatások és mezoporózus rendszerek vizsgálata