Magnetooptika

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search

A magnetooptika a fizika azon részterülete, ami a mágneses tulajdonságú anyag illetve a mágneses térben lévő anyag és az elektromágneses hullám közötti kölcsönhatásokat vizsgálja. Ide tartozik a Faraday-effektus és a magnetooptikai Kerr-effektus.

Először 1846-ban Faraday fedezte fel, hogy a ferromágneses anyagokon áthaladó fény polarizációja megváltozik.[1] A jelenséget ezért róla nevezték el. 1877-ben John Kerr mágneses térben lévő kettőstörő kristályok felületéről visszaverődő fény polarizációs tulajdonságait vizsgálta.[2] Később Jean Becquerel mágneses térbe helyezett paramágneses kristályokon áthaladó fény esetében tapasztalt hasonló jelenséget.[3] Azóta a magnetooptikai jelenségek mind a tudományos kutatásban, mind a gyakorlati alkalmazásokban nagy szerepet játszanak.[4]

A magnetooptikai Kerr-effektus[szerkesztés]

A magnetooptikai Kerr-effektuson alapuló Kerr-mikroszkóppal készített kép egy mágneses NdFeB polikristályról, melyen a kristályszemcséken belül a mágneses domének is láthatók.

A John Kerr skót fizikus által felfedezett magnetooptikai jelenség különbözik a szintén általa felfedezett elektrooptikai jelenségtől. Ez utóbbit hívják röviden Kerr-effektusnak.

A tapasztalatok szerint a mágneses anyagok felületéről visszaverődő fény elektromostérerősségének nagyságát és fázisát befolyásolja a felület mágneses jellege. Ezt nevezzük magnetooptikai Kerr-effektusnak (MOKE). A jelenség oka az, hogy az anizotrop mágneses anyagokban a dielektromos állandó (permittivitás, ) irányfüggő. A permeabilitással jellemezhető mágneses tulajdonságú anyagokban a fény terjedését jellemző fázissebesség a következő összefüggéssel adható meg:[5][6]

.

Így a dielektromos állandó irányfüggése miatt a fény terjedési sebessége az egyes irányokban más és más lesz. Mivel a különböző irányokban terjedő hullámkomponensek különböző sebességgel haladnak, köztük az anyagon való áthaladás közben fáziskülönbség lép fel. A hatás függ a hullám terjedési irányától és az anyag mágneses doménjeinek állásától, ezt használja ki a Kerr-mikroszkóp, mely segítségével a mágneses doménekről alkothatunk képet.

Faraday-effektus[szerkesztés]

A polarizált fény polarizációsíkjának elfordulása a mágneses tér hatására.

A magnetooptikai Kerr-effektus során a mágneses anyag a róla visszaverődő fényre gyakorol hatást. Ezzel analóg módon a fényáteresztő mágneses anyagok a transzmittált fény intenzitására és fázisára is hatással lehetnek, amit Faraday-effektusnak nevezünk.

A Faraday-effektus következtében egy mágneses anyagban terjedő fény polarizációs síkja a mágneses tér hatására elfordul. Az elfordulás mértéke első közelítésben lineárisan függ a fény terjedésének irányába eső mágnesestér-komponens nagyságától. A szögelfordulás a következő összefüggéssel adható meg:

, ahol

az anyagra jellemző Verdet-állandó, a közegben érvényes mágneses indukció, a közeg azon vastagsága, melyen az elektromágneses hullám áthalad.

A tapasztalt polarizációsík-elfordulás egy szemléletes értelmezésében a polarizált hullámot két – jobbra és balra – cirkulárisan polarizált sugár szuperpozíciójaként fogjuk fel. Az ellentétesen forgó polarizációjú komponenseknek a mágneses tér jelenlétében különbözik a fázissebessége, így ezek szuperpozíciója az anyagon áthaladva már egy más síkban poláros hullám lesz. A közeg méretéből és a mérhető polarizációsík elfordulásból következtetni lehet az adott mágneses domén mágneses jellemzőire.

A Faraday-effektus és az időtükrözés[szerkesztés]

A Faraday-effektusban lokálisan nem teljesül az időtükrözési szimmetria (azaz, ha csak a fényhullámot tekintjük). Például, ha egy anyagban a Faraday-effektus hatására egy fényhullám polarizációs síkja adott szöggel változik, a visszafelé indított hullám polarizációs síkja nem ezzel ellenkező, hanem azonos irányba fordul el. Ez olyan alkalmazásokat tesz lehetővé, mint a Faraday-hatáson alapuló optikai izolátorok és cirkulátorok, melyek például a mai optoelektronikai technológiában igen fontos elemek.

Források[szerkesztés]

  1. Michael Faraday: On the Magnetization of Light and the Illumination of Magnetic Lines of Force. Burndy Library. The Royal Society, London (1846)
  2. Kerr, John (1877). "On Rotation of the Plane of the Polarization by Reflection from the Pole of a Magnet". Philosophical Magazine. 3: 321. doi:10.1080/14786447708639245.
  3. JEAN BECQUEREL, W. J. DE HAAS and H. A. KRAMERS: Experimental Verification of the theory ot the paramagnetic rotatory polarisation in the crystals of xenotime, Comm. Phys. Lab. Leiden 204b (1929) [1]
  4. Kézsmárki István: MAGNETO-OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA A MODERN SZILÁRDTESTKUTATÁSBAN – AVAGY A LÁTHATÓ MÁGNESSÉG, Magyar Tudomány, 2009. július [2]
  5. Budó Ágoston: Kísérleti Fizika II. Elektromosságtan és mágnességtan Tankönyvkiadó 1991 ISBN 963-17-2288-0
  6. Budó Ágoston: Kísérleti Fizika II. Elektromosságtan és mágnességtan [3]