Magneto-optik

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Magneto-optik er en gren af optik, der beskæftiger sig med lysets vekselvirkning med stof i et magnetisk felt . Kort sagt består interaktionen i det faktum, at et materiale er gjort dobbeltbrytende af et eksternt påført magnetfelt.

historie

Historien om magneto-optik begyndte i 1845, da Michael Faraday observerede en rotation af polariseringsplanet for lineært polariseret lys efter at have passeret gennem et gennemsigtigt medium parallelt med et eksternt påført magnetfelt ( Faraday-effekt ).

I 1876 opdagede John Kerr en rotation af lysets polariseringsplan, der reflekteres på ferromagnetiske metaloverflader ( magneto-optisk Kerr-effekt ). [1]

En anden vigtig opdagelse for magneto-optik er Zeeman-effekten (1896), som kun kunne forklares med udviklingen af kvantemekanik .

I 1908 præsenterede Woldemar Voigt en omfattende teori om magneto-optik i forbindelse med klassisk elektrodynamik . [2]

Grundlæggende

Optiske effekter, der er begrænset til refleksion og absorption, er beskrevet i sammenhæng med klassisk elektrodynamik ved hjælp af den kompleksværdige dielektriske tensor ε.

I tilfælde af et isotropisk medium i fravær af eksterne felter har ε identiske diagonale termer ( ), er de off-diagonale elementer alle nul. Denne særlige form for tensoren gør det muligt at behandle ε som en skalar .

I nærvær af et eksternt magnetfelt ændres de diagonale elementer på en sådan måde, at de ikke længere alle er identiske med hinanden, og der fremkommer ikke-diagonale elementer, som også er asymmetriske. For de magneto-optiske effekter er disse off-diagonale termer af tensoren, som også kaldes magneto-optiske konstanter , af stor betydning.

I et magnetfelt i z-retningen har den dielektriske tensor af et legeme, der er isotrop i fravær af et magnetfelt, følgende udseende:

,

hvor på grund af antagelsen om isotropi er gældende. har værdien af ​​den skalære dielektriske konstant, som kroppen har i fravær af et magnetfelt. De off-diagonale elementer er generelt små i forhold til de diagonale elementer og lineært afhængige af magnetfeltet. afhænger af kvadratet i magnetfeltet og er lille i forhold til .

Ved hjælp af den matematiske formalisme, der er beskrevet i krystaloptik , kan brydningsindekserne og polariseringskarakteren i dette medium opnås ved at løse bølge -ligningen for anisotrope faste stoffer:

  • for bølger, der formerer sig parallelt med magnetfeltet, opnås to cirkulært polariserede bølger med et brydningsindeks ( er den imaginære enhed )
  • for bølger, der formerer sig vinkelret på magnetfeltet, er løsningen to lineært polariserede bølger:
    • den første bølge, som er polariseret parallelt med magnetfeltet, har brydningsindeks
    • den anden bølge, som er polariseret vinkelret på magnetfeltet, har brydningsindeks .

Magneto-optiske effekter

Virkninger i absorption

Cirkulær magnetisk dikroisme

Ved cirkulær magnetisk dikroisme (MCD) er magnetiseringen parallel med lysets udbredelsesretning , som er cirkulært polariseret. Der skelnes mellem en polar og en langsgående geometri. Med den polare geometri er magnetiseringen vinkelret på overfladen, med den langsgående magnetisering er parallel med overfladen i forekomstplanet. Den forskellige absorption for de to polarisationsretninger bruges her. Dette er proportionalt med den imaginære del af brydningsindekset. Den målte effekt svarer således til:

Voigt -effekt og lineær magnetisk dikroisme

I Voigt-effekten, der blev opdaget i 1898 [3] , den lineære magnetiske dikroisme ( engelsk magnetisk lineær dikroisme , MLD) og Cotton-Mouton-effekten , er magnetfeltets retning parallel med den overflade, der rammes vinkelret af hændelsesbølgen. Cotton-Mouton-effekten, der hovedsageligt forekommer i væsker, er baseret på molekylernes elektriske og magnetiske anisotropi. Det anvendte felt justerer molekylerne og forårsager en ændring i kvadratets diagonale termer, der afhænger af feltets kvadrat -Tensorer, . Voigt -effekten, der måles i metaldamp, og MLD, som måles på det faste stof, skyldes elektronjusteringernes justering.

Effekter i transmission

Virkninger i refleksion

Den vigtigste effekt er den magneto-optiske Kerr-effekt (MOKE), der findes i tre forskellige geometrier:

  • Polar Magneto-Optic Kerr-effekt (PMOKE)
  • Langsgående magneto-optisk Kerr-effekt (LMOKE)
  • Tværgående magneto-optisk Kerr-effekt (TMOKE)

der er også overflademagneto-optisk Kerr-effekt (SMOKE)

Den magneto-optiske Kerr-effekt bør ikke forveksles med den elektro-optiske Kerr-effekt , hvor polarisationsplanet roteres ved at anvende elektriske felter.

Tekniske applikationer

Den mest kendte anvendelse af magneto-optik findes i Magneto Optical Disk (MOD). Dette læses op ved hjælp af den magneto-optiske Kerr-effekt .

Et magnetisk trykfarve med serienumre på eurosedler tillader magneto-optisk aflæsning.

Weblinks

Commons : Magneto -optik - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. J. Kerr: Om magnetisering af lys og belysning af magnetiske kraftlinjer . I: Rep. Brit. Ass. S. tape   5 , 1876, s.   85 .
  2. Woldemar Voigt: Magneto- og elektrooptik . I: Matematiske forelæsninger ved universitetet i Göttingen . tape   3 . Teubner, Leipzig 1908.
  3. ^ S. Paker, 1987 Websters biografiske ordbog. 1959