メスバウアー効果
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メスバウアー効果（メスバウアーこうか、英: Mössbauer effect）とは、1958年にルドルフ・メスバウアーによって発見された結晶体状のガンマ線放射線源とその吸収体の間に発生する共鳴吸収現象を言う[1]。
メスバウアー効果により、光のドップラー効果を極めて高い精度で検出することができるようになった。また、分光法の一つの手法であるメスバウアー分光法（Mössbauer spectroscopy）の原理でもある。
概要
原子核がガンマ線を放射し、もう一方の同じ原子核がそのガンマ線を共鳴吸収する現象をメスバウアー効果（Mössbauer effect）と呼ぶが、ガンマ線のエネルギーは一般に大きく、放射あるいは吸収過程で原子核が反跳するためにエネルギーが変化して周波数がずれるために共鳴は極めて起こり難く[2]、気体や液体状態中の原子核同士では共鳴は起こらない[3]。
1958年に当時博士課程の学生であったルドルフ・メスバウアーは、ガンマ線の放射線源であるイリジウム191を結晶中に束縛させてさらに冷却することで（単一の原子核の質量を結晶格子に対する大きな有効質量に置き換えて）、原子核の反跳効果そのものを実質的に無くして、原子間の共鳴吸収現象を発生させることに成功した[4]。
メスバウアーによるイリジウム191によるメスバウアー効果の発見後、他にも共鳴吸収現象を起こす原子核が発見された。今日では、メスバウアー効果を観測するのに最も都合のよい物質として鉄57（57Fe）が知られている[5]。
メスバウアー効果は極めて鋭敏な（Q値の高い）共鳴効果であり、放射線源または吸収体のわずかな相対運動によって共鳴吸収現象が起こらなくなる。これは、光のドップラー効果を検出するにあたって非常に都合のよい性質であり、メスバウアー効果の発見以前には到底実験による検出は不可能と考えられていた現象（たとえば地球上の重力による赤方偏移）も検証ができるようになった。
理論
反跳によって失われるエネルギーERは、運動量保存則とエネルギー保存則より、
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異性体シフト
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/01/18 22:15 UTC 版)
異性体シフト (δ)（アイソマーシフトとも。特に古い文献では化学シフトとも呼ばれる）は、軌道内の電子の遷移による核の共鳴エネルギーのシフトを表す相対的な尺度である（図2参照）。スペクトル全体はs電子の電荷密度により正または負の方向にシフトする。この変化は、非ゼロ確率のs軌道電子とそれが回る非ゼロ体積核の間の静電応答の変化により生じる。 s軌道の電子の3次元球形は核が占める体積を組み込んでいるため、これのみが非ゼロの確率を示す。しかし、p, dや他の電子は遮蔽効果を通してs電子密度に影響を及ぼしうる。 異性体シフトは以下の式で表すことができる。Kは核定数、Re2 と Rg2の差は励起状態と基底状態の間の実効核電荷半径差、[Ψs2(0)]aと[Ψs2(0)]bの間の差は核上の電子密度の差（aは線源、bは試料）。ここにある化学異性体シフトは温度によって変化しないが、メスバウアースペクトルは二次ドップラー効果として知られる相対論的効果により温度感受性を有する。一般にこれによる影響は小さく、IUPAC規格ではこれを補正せずに異性体シフトを報告することが許可されている。 CS = K ( ⟨ R e 2 ⟩ − ⟨ R g 2 ⟩ ) ( [ Ψ s 2 ( 0 ) ] b − [ Ψ s 2 ( 0 ) ] a ) . {\displaystyle {\text{CS}}=K\left(\langle R_{e}^{2}\rangle -\langle R_{g}^{2}\rangle \right)\left([\Psi _{s}^{2}(0)]_{b}-[\Psi _{s}^{2}(0)]_{a}\right).} この式の物理的意味は例を用いて明確化することができる。 有効核電荷の変化が負であることから（Re < Rgのため）、57Feスペクトルのs電子密度の増加により負のシフトが与えられるが、119Snのs電子密度の増加は（Re > Rgのために）全体的な核電荷の正の変化により正のシフトが与えられる。 酸化第二鉄イオン (Fe3+) は、第二鉄イオンの核のs電子密度がd電子により弱い遮蔽効果により大きいため、第一鉄イオン (Fe2+) より異性体シフトが低い。 異性体シフトは電気陰性基の酸化状態、原子価状態、電子遮蔽および電子吸引力を決定するのに有用である。
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