viii
Contents
1.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.7.1 Nano-Scale Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.7.2 Micro-eV Atomic Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
1.8 NRS with X-Ray Free Electron Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2 Synchrotron-Radiation-Based Energy-Domain Mössbauer
Spectroscopy, Nuclear Resonant Inelastic Scattering,
and Quasielastic Scattering Using Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . 57
Makoto Seto, Ryo Masuda, and Makina Saito
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.2 Synchrotron Radiation-Based Mössbauer Spectroscopy . . . . . . . . . 60
2.2.1 Special Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.2.2 Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.2.3 Analysis of the Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.2.4 Comparison with Other Methods Using SR . . . . . . . . . . . . . 70
2.3 Nuclear Resonant Inelastic Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3.1 Instrumentation and Analysis of the Basic Method
of NRIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3.2 Examples of Frontier Science, Especially Biological
Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.3.3 Advanced NRIS Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.4 Quasielastic Scattering Using Mössbauer γ-Rays . . . . . . . . . . . . . . 83
2.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.4.2 Basic Concept of Quasielastic Scattering
by Nonresonant Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.4.3 Time-Domain Measurement of Quasielastic
Scattering of Mössbauer Gamma Rays Using
Synchrotron Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.4.4 Effect of Energy Width of Incident Synchrotron
Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.4.5 Time-Domain Interferometry Using Multiline
Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.4.6 Results Obtained by Quasielastic Scattering
Experiment Using Time-Domain Interferometry
of Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.4.7 Summary and Perspective of Quasielastic Scattering
of Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Contents
1.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.7.1 Nano-Scale Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.7.2 Micro-eV Atomic Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
1.8 NRS with X-Ray Free Electron Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2 Synchrotron-Radiation-Based Energy-Domain Mössbauer
Spectroscopy, Nuclear Resonant Inelastic Scattering,
and Quasielastic Scattering Using Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . 57
Makoto Seto, Ryo Masuda, and Makina Saito
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.2 Synchrotron Radiation-Based Mössbauer Spectroscopy . . . . . . . . . 60
2.2.1 Special Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.2.2 Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.2.3 Analysis of the Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.2.4 Comparison with Other Methods Using SR . . . . . . . . . . . . . 70
2.3 Nuclear Resonant Inelastic Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3.1 Instrumentation and Analysis of the Basic Method
of NRIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3.2 Examples of Frontier Science, Especially Biological
Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.3.3 Advanced NRIS Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.4 Quasielastic Scattering Using Mössbauer γ-Rays . . . . . . . . . . . . . . 83
2.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.4.2 Basic Concept of Quasielastic Scattering
by Nonresonant Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.4.3 Time-Domain Measurement of Quasielastic
Scattering of Mössbauer Gamma Rays Using
Synchrotron Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.4.4 Effect of Energy Width of Incident Synchrotron
Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.4.5 Time-Domain Interferometry Using Multiline
Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.4.6 Results Obtained by Quasielastic Scattering
Experiment Using Time-Domain Interferometry
of Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.4.7 Summary and Perspective of Quasielastic Scattering
of Mössbauer Gamma Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99