Физическая энциклопедия - магнитооптика

(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 правои 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. .