Большая советская энциклопедия:
Магнитооптика
Магнетооптика, раздел физики, в котором изучаются изменения оптических свойств сред под действием магнитного поля (См. Магнитное поле) и обусловливающие эти изменения особенности взаимодействия оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света) с помещенным в поле веществом.
Магнитное поле, как и всякое векторное поле, выделяет в пространстве определённое направление; поле в среде придаёт этой среде дополнительную анизотропию (См. Анизотропия), в частности оптическую анизотропию (См. Оптическая анизотропия). (Своеобразие симметрии, которой обладает магнитное поле, заключается в том, что его напряжённость Н и Магнитная индукция В — не просто векторы, но осевые векторы (См. Осевой вектор).) Энергия атома (молекулы, иона) среды начинает зависеть от взаимного направления поля и магнитного момента (См. Магнитный момент) атома; в результате Уровни энергии атома расщепляются (иначе говорят, что поле снимает Вырождение уровней). Соответственно, расщепляются спектральные линии оптических переходов между уровнями (см. также Атом, Излучение, Молекула). В этом состоит один из эффектов М. — Зеемана эффект. Поляризация зеемановских компонент («отщепленных» линий) различна (см. Поляризация света); поэтому в веществе, помещенном в магнитное поле, поглощение таких же компонент проходящего света (обратный эффект Зеемана) различно в зависимости от состояния их поляризации. Так, при распространении монохроматического света (См. Монохроматический свет) вдоль поля (продольномэффекте Зеемана) его право- и левоциркулярно поляризованные составляющие поглощаются по-разному (так называемый магнитный круговой дихроизм), а при распространении света поперёк поля (поперечном эффекте Зеемана) имеет место магнитный линейный дихроизм, то есть разное поглощение составляющих, линейно-поляризованных параллельно и перпендикулярно магнитному полю. Эти поляризационные эффекты проявляют сложную зависимость от длины волны излучения (сложный спектральный ход), знание которой позволяет определить величину и характер зеемановского расщепления в тех случаях, когда оно много меньше ширины спектральных линий (См. Ширина спектральных линий). (Аналогичные эффекты наблюдаются в люминесценции (См. Люминесценция).)
Расщепление спектральных линий влечёт за собой дополнительное расщепление дисперсионных кривых, характеризующих зависимость показателя преломления среды от длины волны излучения (см. Дисперсия света. Преломление света). В результате при продольном (по полю) распространении показатели преломления для света с правой и левой круговыми поляризациями становятся различными (магнитное циркулярное Двойное лучепреломление), а линейно-поляризованный монохроматический свет, проходя через среду, испытывает Вращение плоскости поляризации. Последнее явление называется Фарадея эффектом. Вблизи линии поглощения («скачка» на дисперсионной кривой) фарадеевское вращение проявляет характерную немонотонную зависимость от длины волны — эффект Макалузо — Корбино. При поперечном относительно магнитного поля распространении света различие показателей преломления для линейных поляризаций приводит к линейному магнитному двойному лучепреломлению, известному как Коттона — Мутона эффект (или эффект Фохта).
Изучение и использование всех этих эффектов входит в круг проблем современной М.
Оптическая анизотропия среды в магнитном поле проявляется также и при отражении света (См. Отражение света) от её поверхности. При таком отражении происходит изменение поляризации отражённого света, характер и степень которого зависят от взаимного расположения поверхности, плоскости поляризации падающего света и вектора намагниченности (См. Намагниченность). Этот эффект наблюдается в первую очередь для ферромагнетиков (См. Ферромагнетики) и носит название магнитооптического Керра эффекта.
М. твёрдого тела интенсивно развивалась в 60—70-е годы 20 века. Особенно это относится к М. полупроводников и таких магнитоупорядоченных кристаллов, как Ферриты и Антиферромагнетики.
Одно из основных магнитооптических явлений в полупроводниках состоит в появления (при помещении их в магнитное поле) дискретного спектра поглощения оптического излучения за краем сплошного поглощения, соответствующего оптическому переходу между зоной проводимости и валентной зоной (см. Полупроводники, Твёрдое тело). Эти так называемые осцилляции коэффициента поглощения, или осцилляции магнитопоглощения, обусловлены специфическим «расщеплением» в магнитном поле указанных зон на системы подзон — подзон Ландау. Оптические переходы между подзонами и ответственны за дискретные линии поглощения. Возникновение подзон Ландау вызвано тем, что электроны проводимости и дырки (См. Дырка) в магнитном поле начинают совершать орбитальные движения в плоскости, перпендикулярной полю. Энергия такого движения может изменяться лишь скачкообразно (дискретно) — отсюда дискретность оптических переходов. Эффект осцилляций магнитопоглощения широко используется для определения параметров зонной структуры полупроводников. С ним связаны и так называемые междузонные эффекты Фарадея и Фохта в полупроводниках.
Подзоны Ландау, в свою очередь, расщепляются в магнитном поле вследствие того, что электрон обладает собственным моментом количества движения — Спином. При определённых условиях наблюдается Вынужденное рассеяние света на электронах в полупроводнике с переворотом спина относительно магнитного поля. При таком процессе энергия рассеиваемого фотона изменяется на величину спинового расщепления подзоны, которое для некоторых полупроводников весьма велико. На этом эффекте основано плавное изменение частоты излучения мощных Лазеров и создан светосильный инфракрасный спектрометр сверхвысокого разрешения.
Большой раздел М. полупроводников составляет изучение зеемановского расщепления уровней энергии мелких водородоподобных примесей и Экситонов (см. также Квазичастицы). Наблюдение магнитопоглощения и отражения инфракрасного излучения в узкозонных полупроводниках позволяет исследовать коллективные колебания электронной плазмы (см. Плазма твёрдых тел) и её взаимодействие с Фононами.
В прозрачных ферритах и антиферромагнетиках магнитооптические методы применяют для изучения спектра спиновых волн (См. Спиновые волны), экситонов, примесных уровней энергии и пр. В отличие от Диамагнетиков и Парамагнетиков, во взаимодействии света с магнитоупорядоченными средами главную роль играют не внешние поля, а внутренние магнитные поля этих сред (их напряжённости достигают 105—106 э), которые определяют спонтанную намагниченность (подрешёток или кристалла в целом) и её ориентацию в кристалле. Магнитооптические свойства прозрачных ферритов и антиферромагнетиков могут быть использованы в системах управления лазерным лучом (например, для создания модуляторов света; см. Модуляция света) и для оптической записи и считывания информации, особенно в электронно-вычислительных машинах.
Создание лазеров привело к обнаружению новых магнитооптических эффектов, проявляющихся при больших интенсивностях светового потока. Показано, в частности, что поляризованный по кругу свет, проходя через прозрачную среду, действует как эффективное магнитное поле и вызывает появление намагниченности среды (так называемый обратный эффект Фарадея).
В тесной связи с магнитооптическими явлениями находятся явления оптической ориентации атомов, спинов электронов и ядер в кристаллах, Циклотронный резонанс, Электронный парамагнитный резонанс и другие. Магнитооптические методы используются при исследовании квантовых состояний, ответственных за оптические переходы, физико-химические структуры вещества, взаимодействий между атомами, молекулами и ионами в основном и возбуждённом состояниях, электронной структуры металлов и полупроводников, фазовых переходов (См. Фазовый переход) и пр.
Лит.: Борн М., Оптика, перевод с немецкого, Хар., 1937; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Старостин Н. В., Феофилов П. П., Магнитная циркулярная анизотропия в кристаллах, «Успехи физических наук», 1969, т. 97, в. 4; Smith S. D., Magneto-Optics in crystals, в книге: Encyclopedia of Physics (Handbuch der Physik), v. 25, pt. 2a, B. — [a. o.], 1967.
В. С. Запасский. Б. П. Захарченя.
Большой словарь иностранных слов:
Учение о воздействиях магнитного поля на оптические явления (на излучение и поглощение света, на распространение света в веществе.)
Орфографический словарь Лопатина:
орф.
магнитооптика, -и
Физический энциклопедический словарь:
(магнетооптика), раздел физики, изучающий изменения оптич. свойств в-ва под действием магн. поля. Подавляющее большинство магнитооптич. явлений связано с расщеплением уровней энергии атома (снятием вырождения). Непосредственно это расщепление проявляется в Зеемана эффекте. Др. магнитооптич. эффекты по существу явл. следствием эффекта Зеемана и связаны с особенностями поляризац. хар-к зеемановских оптич. переходов и с закономерностями распространения поляризов. света в среде, обладающей дисперсией. Спецификой магнитооптич. эффектов является то, что в магн. поле, помимо обычной линейной оптической анизотропии, появляющейся в среде под действием электрич. поля или деформаций, возникает циркулярная анизотропия, связанная с неэквивалентностью двух направлений вращения в плоскости, перпендикулярной полю. Это важное обстоятельство явл. следствием аксиальности магн. поля.
Наиболее просто осн. явления М. можно классифицировать феноменологически в зависимости от направления магн. поля. При этом рассматриваются два осн. случая: 1) волн. вектор светового излучения k параллелен магн. полю Н и 2) волн. вектор света перпендикулярен магн. полю. Явление Зеемана наблюдается в обоих случаях, причём различие поляризац. хар-к компонент зеемановского расщепления влечёт за собой различный хар-р индуцированной магн. полем анизотропии в этих случаях. Так, при распространении монохроматич. света вдоль поля (при продольном эффекте Зеемана) его право- и левоциркулярно поляризованные составляющие поглощаются по-разному (т. н. магнитный циркулярный дихроизм), а при распространении света поперёк поля (поперечном эффекте Зеемана) имеет место магнитный линейный дихроизм, т. с. разное поглощение составляющих, линейно поляризованных параллельно и перпендикулярно магн. полю (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Эти поляризац. эффекты имеют сложную зависимость от длины волны излучения (сложный спектр. ход), знание к-рой позволяет определить величину и хар-р зеемановского расщепления в тех случаях, когда оно много меньше ширины спектральных линий. (Аналогичные эффекты могут наблюдаться и в люминесценции.)
Расщепление спектр. линий влечёт за собой соответствующее расщепление дисперс. кривых, характеризующих зависимость показателя преломления среды от длины волны излучения (см. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА, ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА). В результате при продольном (по полю) распространении показатели преломления для света с правой и левой круговыми поляризациями становятся различными (магнитное циркулярное двойное лучепреломление), а линейно поляризованный монохроматич. свет, проходя через среду, испытывает вращение плоскости поляризации. Последнее явление носит назв. Фарадея эффекта. В области линии поглощения фарадеевское вращение проявляет характерную немонотонную зависимость от длины волны — эффект М а к а л у з о — К о р б и н о. При поперечном относительно магн. поля распространении света различие показателей преломления для линейных поляризаций приводит к линейному магнитному двойному лучепреломлению, известному как Коттона — Мутона эффект (или эффект Фохта). Изучение и использование всех этих эффектов входит в круг проблем совр. М.
Один из важных разделов совр. М.— исследование влияния слабых магн. полей на излучения газов (в т. ч. и газовых лазеров). При этом в эксперименте регистрируется изменение пространств. и поляризац. хар-к излучения под действием магн. поля (Ханле эффект).
Оптич. анизотропия среды в магн. поле проявляется также и при отражении света от её поверхности. При намагничивании среды происходит изменение поляризации отражённого света, хар-р и степень к-рой зависят от взаимного расположения поверхности, плоскости поляризации падающего света и вектора намагниченности. Этот эффект наблюдается в первую очередь в ферромагнетиках и носит назв. магнитооптического Керра эффекта.
М. тв. тела интенсивно развивалась в 60—70-х гг. 20 в. В особенности это относится к М. полупроводников и таких магнитоупорядоченных кристаллов, как ферриты и антиферромагнетики.
Одно из осн. магнитооптич. явлений в ПП состоит в появлении (при помещении их в магн. поле) дискр. спектра поглощения оптич. излучения зa краем сплошного поглощения, соответствующего оптич. переходу между зоной проводимости и валентной зоной (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ, ТВЁРДОЕ ТЕЛО). Эти т. н. осцилляции коэфф. поглощения, или осцилляции магнитопоглощения, обусловлены специфич. «расщеплением» в магн. поле указанных зон на системы подзон — подзон Ландау. Оптич. переходы между подзонами ответственны за осцилляции поглощения. Возникновение подзон Ландау вызвано тем, что эл-ны проводимости и дырки совершают в магн. поле орбит. движение в плоскости, перпендикулярной полю. Энергия такого движения может изменяться лишь скачкообразно (дискретно) — отсюда дискретность оптич. переходов. Эффект осцилляции магнитопоглощения широко используется для определения параметров зонной структуры ПП. С ним связаны п т. н. междузонные эффекты Фарадея и Фохта в ПП.
Подзоны Ландау расщепляются в магн. поле вследствие того, что эл-н обладает собственным моментом кол-ва движения — спином. При определ. условиях наблюдается вынужденное рассеяние света на эл-нах в ПП с переворотом спина относительно магн. поля. При таком процессе энергия рассеиваемого фотона изменяется на величину спинового расщепления подзоны, к-рое для нек-рых ПП весьма велико. На этом эффекте основано плавное изменение частоты излучения мощных лазеров и создан светосильный ИК спектрометр сверхвысокого разрешения (см. ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ).
Большой раздел М. полупроводников составляет изучение зеемановского расщепления уровней энергии мелких водородоподобных примесей и экситонов (см. КВАЗИЧАСТИЦЫ). Наблюдение магнитопоглощения и отражения ИК излучения в узкозонных ПП позволяет исследовать коллективные колебания электронной плазмы (см. ПЛАЗМА ТВЁРДЫХ ТЕЛ) и её вз-ствие с фононами.
В прозрачных ферритах и антиферромагнетиках магнитооптич. методы применяют для изучения спектра спиновых волн, экситонов, примесных уровней энергии и пр. В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, во вз-ствии света с магнитоупорядоченными средами гл. роль играют не внеш. поля, а внутр. магн. поля этих сред (их напряжённости достигают 105—106 Э), к-рые определяют спонтанную намагниченность (подрешёток или кристалла в целом) и её ориентацию в кристалле. Магнитооптич. св-ва прозрачных ферритов и антиферромагнетиков могут быть использованы в системах управления лазерным лучом (напр., для создания модуляторов света, (см. МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА)) и для оптич. записи и считывания информации, особенно в ЭВМ.
Создание лазеров привело к обнаружению новых магнитооптич. эффектов, проявляющихся при больших интенсивностях светового потока. Показано, в частности, что поляризованный по кругу свет, проходя через прозрачную среду, действует как эфф. магн. поле и вызывает появление намагниченности среды (т. н. обратный эффект Фарадея).
Магнитооптич. методы используются при исследованиях квант. состояний, ответственных за оптич. переходы, спектров электронного парамагн. резонанса в ат. и конденсиров. средах, физ.-хим. структуры в-ва, электронной структуры металлов и ПП, фазовых переходов и пр.
Грамматический словарь Зализняка:
Магнитооптика, магнитооптики, магнитооптики, магнитооптик, магнитооптике, магнитооптикам, магнитооптику, магнитооптики, магнитооптикой, магнитооптикою, магнитооптиками, магнитооптике, магнитооптиках
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020