Магнітооптика

МАГНІТОО́ПТИКА, Магнетооптика — роз­діл оптики, що ви­вчає явища, які виникають у результаті взаємодії оптичного випромінювання з намагніченою речовиною. У М. досліджують вплив намагніченості середовища на параметри над­хід. світла: поляризацію світла (положе­н­ня електр. вектора світл. хвилі, її амплітуду та фазу, ви­вчають причини, які об­умовлюють спо­стережувані зміни вказаних параметрів). Прояви магнітоопт. ефектів ви­значаються залежно від напрямку пошире­н­ня світла від­носно орієн­тації намагніченості, методу їх спо­стереже­н­ня — у прохід. чи від­битому світлі. Фарадея явище (ефект) — поворот площини поляризації лінійно поляризов. світла при поширен­ні його в речовині вздовж напрямку магніт. поля. Кут повороту φ прямо пропорційний шляху L променя та індукції В магніт. поля φ = αLB. Кон­станта α залежить від природи речовини та частоти світла — обертал. дис­персія. Лінійно поляризоване ви­промінюва­н­ня можна уявити як суперпозицію 2-х право- і лівоциркулярнополяризов. хвиль, що поширюються в одному напрямку та мають протилеж. напрямок оберта­н­ня електр. вектора світл. хвилі навколо напрямку пошире­н­ня хвилі. З феноменол. по­гляду ефект Фарадея пояснюється різною швидк. пошире­н­ня цих хвиль у намагніченій речовині. Ці хвилі набувають різниці ходу, що лінійно залежить від довжини шляху, і, складаючись, утворюють результуючу лінійно поляризовану хвилю із електр. вектором, що повернутий від­носно напрямку пошире­н­ня хвилі на деякий кут. Кот­тона–Мутона ефект — поява анізотропії та від­повід­но по­двій. променезаломле­н­ня в ізотроп. речовинах при поміщен­ні їх у сильне однорідне магнітне поле. Вектор індукції магніт. поля має бути напрямлений перпендикулярно напрямку пошире­н­ня світл. хвилі. Молекули середовища повин­ні бути анізотропними та мати по­стій. магніт. момент. Різниця фаз звичайного (о) і не­звичайного (е) променів ви­значається різницею показників їхнього заломле­н­ня no i ne та довжиною шляху L світла в речовині й залежить від напруженості магніт. поля H : Δ = L(n_e — n_o)/λ = cLH². Стала с всіх речовин різна і залежить від довжини світл. хвилі та температури. Кот­тона–Мутона ефект слабкий, зокрема для нітробензолу в магніт. полі з індукцією В = 20000 Гс на довжині шляху L = 10 см виникає різниця фаз всього Δ = 3,2°. Кот­тона–Мутона ефект пояснюється пере­важ. орієнтацією молекул з анізотроп. поляризованістю, викликаною зовн. магніт. полем. Крім того, змінюється також і сама поляризованість молекул. У результаті середовище під дією магніт. поля веде себе подібно одновіс. кри­сталу, оптична вісь якого паралельна індукції магніт. поля В. Тепловий рух молекул чинить ро­зорієнтаційну дію на орієнтацію молекул. Тому з під­вище­н­ням температури вплив дез­орієнтації молекул збільшується і коефіцієнт с зменшується, внаслідок чого величина різниці фаз, наведена магніт. полем, зменшується. Магнітооптичний ефект Керра — зміна стану поляризації світл. хвилі при її від­биван­ні від плоскої поверх­ні намагніченої речовини. Характер і ступінь змін поляризації залежать від взаєм. роз­ташува­н­ня поверх­ні зразка, площини поляризації надхід. світла та вектора намагніченості В. Полярний ефект Керра полягає в тому, що при від­биван­ні лінійно поляризов. світла від поверх­ні намагніченого матеріалу спо­стерігається оберта­н­ня площини поляризації світла навколо напрямку променя. Найбільший ефект спо­стерігається при нормал. падін­ні світла. При меридіональному (по­здовжньому) ефекті Керра вектор намагніченості лежить у площині від­биваючої поверх­ні та паралел. площині паді­н­ня світла. Найбільший ефект спо­стерігається при великих кутах паді­н­ня, при нормал. падін­ні взагалі не від­бувається. Екваторіальний (по­перечний) ефект Керра про­явля­ється при перпендикуляр. орієнтації вектора індукції магніт. поля до площини паді­н­ня. Можливий тільки для компоненти поляризації, нормальної до намагніченості (p-компонен­ти), і дорівнює нулю для світла, поляризованого паралельно намагніченості (s-компоненти). Є ефектом першого порядку за намагніченістю. Його прояв полягає в зміні коефіцієнта від­би­т­тя під дією намагніченості і, як наслідок, у зміні інтенсивності світла та зсуві фази лінійно-поляризованого світла. Попереч. ефект може проявлятися тільки для по­глинаючих матеріалів, тобто для матеріалів з ненульовою компонентою комплекс. частини тензора ді­електр. проникності. Для дійсної частини тензора ді­електр. проникності та для s-компоненти поляризації світла може спос­терігатися лише більш слабкий квадратич. за намагніченістю ефект. Створе­н­ня лазерів при­звело до прояву нових магнітооптич. ефектів, що спо­стерігаються при великих інтенсивностях світл. потоку. Зокрема, циркулярнополяризоване світло, проходячи через прозоре середовище, діє як ефективне магнітне поле та намагнічує його (обернений ефект Фарадея). Магнітооптичні ефекти від­буваються перш за все у магнітоупорядкованих середовищах (металах і ді­електриках). При взаємодії світла з магніто­упорядкованим середовищем гол. роль ві­ді­грають внутр. магнітні поля цих середовищ, які можуть досягати 10⁵–10⁶ Ерстед і ви­значають спонтан­ну намагніченість у кри­сталі. Більшість магнітооптич. ефектів є прямим або непрямим наслідком роз­щепле­н­ня рівнів енергії (ефект Зеємана) і звʼязані з особливостями поляризації оптич. пере­ходів та із закономірностями пошире­н­ня світла в середовищі, що має дис­персію речовини. Магнітооптичні властивості про­зорих феритів і антиферомагнетиків використовують у системах упр. лазер. променем для створе­н­ня модуляторів світла, для оптич. запису та зчитува­н­ня інформації в електрон. обчислюв. техніці. У науці за допомогою магнітоопт. ефектів досліджують квант. стани, фіз.-хім. структуру речовини, електрон­ну структуру металів і напів­провід­ників, фазові пере­ходи тощо.

Завантажити статтю