8.3.8
d–d RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.3.9
Magnetic Excitations Via RIXS . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.3.10
Vibrational RIXS: Phonons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.3.11
Polarization and Magnetic Effects in RIXS . . . . . . . . 214
8.4
X-ray Raman Scattering (XRS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
8.4.1
The XRS Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.4.2
XRS Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.4.3
An Intensity Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.4.4
X-ray Raman Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.4.5
High-Pressure Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.4.6
In Situ Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.5
Inelastic X-ray Scattering (IXS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.5.1
IXS and Phonons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
8.5.2
The IXS Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.5.3
IXS Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
8.6
Suggested Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
8.7
Reference Books and Review Articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
9
Nuclear Hyperfine Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
9.1
Nuclear Properties and Nuclear Transitions . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.1.1
Energy Levels, Spins, Lifetimes,
and Linewidths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.1.2
Nuclear Sizes, Shapes, and Magnetic
Moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
9.2
Hyperfine Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.2.1
Electric Monopole Interactions: The Isomer
Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.2.2
Electric Quadrupole Interactions . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.2.3
Magnetic Dipole Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.2.4
Combined Quadrupole and Zeeman Interactions . . . . 234
9.3
Conventional Mössbauer Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
9.3.1
Recoil and Doppler Shifts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
9.3.2
Recoilless Nuclear Absorption: The Mössbauer
Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.3.3
Nuclear Absorption with Recoil:
The Lamb-Mössbauer Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.3.4
The Conventional Mössbauer Experiment . . . . . . . . 237
9.4
Synchrotron Mössbauer Spectroscopy: Energy Domain
Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
9.5
The Time Domain Approach: Nuclear Forward
Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.5.1
NFS Methodology: The Synchrotron
Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.5.2
The Refractive Index Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Contents
xvii