Romuald
WADAS
INSTYTUT TECHNOLOGII
ul. Wólczyńska
MATERIAŁÓW
133, 01-919
ELEKTRONICZNYCH
Warszawa
Interpretacja zjawisk magnetooptycznych
1. WSTfP
Zjawiskami
magnetooptycznymi
optyczne zachodzęce
tych zaliczane
poddanych
sę z j a w i s k a
działaniu
Kryształy
będę one w y k o r z y s t a n e
W
fal
w ośrodkach
sę w o p t y c e
podwajacze
nym. Polega
latach odkryto
zjayiisk
dielektrycznych
jako izolatory,
fazy. Przewiduje
podczerwieni,
cyrku-
się,
rotatory
częstotliwości,
nowe zjawisko
o n a na i n d u k o w a n i u
tryczne, a momentu
momentu
elektrycznego
że
fazy,
generatory
nazwane
mo-
i wzmac-
pole
zostały w antyferromagnetykach,
rych w y s t ę p u j e
do z a s t o s o w a ń
m a g n e t o e l e k t ry c z n e
s o w a n y m i dot ęd k r y s z t a ł a m i
urządzeniach
Stosunkowo
optyczne,
wykorzystujące
fonony
późne wykorzystanie
było p r a w d o p o d o b n i e
elek-
skierowane
sę
antyrówno-
będij k o n k u r e n c y j n e
np.(niobian
przełączniki,
te
złoconych
s i ę , że k r y s z t a ł y , w
diamagnetycznymt
jak modulatory
zomagnetyczne
pole
technicznych.
tj, w k r y s z t a ł a c h
się w z a j e m n i e . O c z e k u j e
zjawisko
przez
magnetyczne. Momenty
z dwu p o d s i e c i , w których momenty magnetyczne
i kompensuję
magnetoelektrycz-
magnetycznego
przez
sę n i e w i e l k i e , a l e w p e ł n i w y s t a r c z a j ę c e
legle
zjawiska
do
spinowych.
ostatnich
Odkryte
Niekiedy
magnetycznego.
i przesuwniki
jako detektory
dulatory częstotliwości,
niacze
pola
stosowane
amplitudy
nazywać wszystkie
magnetycznych.
obserwowane
zewnętrznego
magnetyczne
latory, modulatory
przyjęto
w kryształach
któ-
ze
litu) w
stotakich
i urządzenie
pie-
optyczne.
kryształów
p r z y c z y n ę , że z j a w i s k a
magnetycznych w
magnetooptyczne
technice
pozostawały
niewyjaśnione,
Jeśli światło
elektryczna
p a d a na s u b s t a n c j ę
fali elektromagnetycznej
nymi substancji. Momenty
elektryczne
indukowane właśnie
składowę
Składowa
przez
magnetyczna
dielektryczna,
oddziaływuje
albo w niej
elektryczny
fali e l e k t r o m a g n e t y c z n e j
http://rcin.org.pl
to t y l k o
składowa
z momentami
elektrycz-
istniej?, albo
fali
s.
elektromagnetycznej.
nie o d d z i a ł y w u j e
z
ośrod29
kiera, p o n i e w a ż
bliska
jest
podatność
z e r u . Tak
nych. Tymczasem
tałów
obserwuje
na zjawiska
parametry
nościami
ośrodkach,
Parametry
optyczne
stałe wymiany
magnetycznymi
i mognetostrykcji.
zwięzku
nie były
Domyślano
się
i
przez
magnetoniektó-
elektrycznym
ilościowo
krysz-
określane
jego momentem
określone
magnetycz-
magnetycznych
anizotropia
między momentem
kryształu, a ściślej
te b y ł y n i e p e ł n e ,
optycznych
również
sę w r ę c z
takie jak: m a g n e t y z a c j a ,
rych przyczyn wzajemnego
Domysły
na c z ę s t o t l i w o ś c i a c h
się s i l n y w p ł y w w ł a s n o ś c i
optyczne.
magnetyczne,
krystaliczna,
magnetyczna
j e s t we w s z y s t k i c h
a włas-
magnetycznym.
pozostały
hipotezami.
jest
Tymczasem
w krysztale
magnetycznej
Związek
możliwe wykazanie,
lub i n d u k o w a n y
światła
ten o b s e r w u j e
magnetykach,
słabych
ferrytach. Okazało
być opisany
jest
się
elektryczn?
ścisłe
zwiazany
z momentem
i m i e r z y vje w s p o m n i a n y c h
ferromagnetykach,
należę
spinowego
Wyrazy
momentu
stosunkowo
uwzględnienia
stosowanych
niemożliwy
jest
dotęd do opisu
relatywistycznych,
Być m o ż e ,
które
fali elektromagnetycznej
z momentem
Oednym
"kanałami".
pola elektrycznego
swego
z momentem
Moment
magnetyczny
tycznego
funkcję
atomu
p® =
talnym, ^ ^
ilościowy
Hamiltona,
za pomoc?
te nie z o s t a ł y
równa-
Dlatego
formuł
dotęd
również składowej
nie-
magnetycznym,
opisane.
elektrycznej
następuje
z n i c h sg b e z p o ś r e d n i e
dwoma
oddziaływania
Oddziaływania
te n i e
maję
nierelatywistycznych.
składa
się z e
"spinowego"
moment
momentu
magne-
orbitalny
jest
elektrycznego
pI- gdzie
elektrycznym
ich
magnetycznych.
i o r b i t a l n e g o jJ . O t ó ż m a g n e t y c z n y
momentu
z tym
w nierelatywistycznych
magnetycznym.
odpowiednika w formułach
Nie
odpowiadają-
fenomenologiczne.
pola elektrycznego,
niezależnymi
może
[l-s].
relatywistycznych.
w operatorze
kryształów
nie b y ł y b y
i wielu
który
z momentem
magnetooptycznych
również dlatego zjawiska
Oddziaływanie
i-pinu, lub
i w związku
odpowiedników
opis zjawisk
granatach
tylko z teorii
dalszych wyrazów
te nie m a j ę s w o i c h
antyferro-
równania Diraca
magnetycznego
słabych
elektro-
magnetycznym.
relatywistyczny,
istnienie
magnetycznego, wynika
do e f e k t ó w
opis wymaga
samo
istniejący
fali
wyżej
magnetycznych
to e f e k t
operatora Hamiltona
to n i c d z i w n e g o , p o n i e w a ż
Oddziaływania
elektryczny
składowa
s i ę , że j e s t
za p o m o c ?
c e g o mu m o m e n t u
niach
jest
że m o m e n t
przez
|e| r j e s t w ł a ś n i e
magnetonem
h^^B
-
momentem
(Px %
-
elektrycznym,
Bohra, v prędkościę
elektronu
(I)
1 momentem
i c
orbi-
prędkości?
światła.
Powyższa
nych
i może
formuła ma swój
być
odpowiednik
otrzymana z funkcji
Oeśli Więc pole elektryczne
samym
30
indukuje
magnetyczny
indukuje
moment
w równaniach
nierelatywistycz-
Hamiltona.
moment
elektryczny,
orbitalny. Oddziaływania
http://rcin.org.pl
to
tym
między
magnetycznymi
momentami
dukować. Opisane
trycznego
z momentem
Oesteśmy
z momentem
orbitalnymi
z w i g z k i s? drugim
i spinowymi
"kanałem"
pola
wyde-
elek-
magnetycznym.
p r z y z w y c z a j e n i , ze p o l e
elektrycznym
nym, Odwrotne
jest już łatwo
oddziaływań
elektryczne
a pole magnetyczne
oddziaływania
sę m i e r z o n e
oddziaływuje
tylko z momentem
nie
tylko
magnetycz-
tylko w z j a w i s k a c h
magne-
tooptycznych.
Możliwe
jest
również podanie
i magnetyczny. Całkowity
moment
=
Dwa pierwsze wyrazy
prawej
a
momentem
tryczne, Współczynnik
a jego wartość
w ferrytach
w
i podatność Y ma nie
moment
dielektrycznych
wyrazy
wania
tylko
określa
fj^^ j e s t
nych z drganiami
również efektem
Ostatni wyraz
wy-
Ostatni
przez
pole
elek-
magnetoelektrycznej
Jest
to w a r t o ś ć
mała
przyzwyczajeni
jednak
występuj?
poznawcze,
inne
ale
użytkowe.
następujęca:
znany. W
elektryczny
podatności
podatnościę
substancjach
indukowany
elektrycznej.
elektryczny
drugi opisuje
sieci,
formuły
zależnę
oddziaływania
przez
Dwa
pole
ostatnie
od
namagneso-
momentów
magnetycz-
również magnetostrykcję. Magnetostrykcja
bardzo słabym wynoszęcym
przez pole magnetyczne.
ale
nazwę
Pier-
nosi nazwę
jakich jesteśmy
ma postać
on moment
sg z n a n e .
relatywistycznego.
kryształu. Wyraz
magnetyczny
indukowanym
pierwszy wyraz jest
a (X ^^ j» n o s i
wzoru
spinowym. Drugi
tylko znaczenie
parametry
elektryczny
sę p o c h o d z e n i a
Współczynnik
(2)
lub s t o p a c h m a g n e t y c z n y c h , iv o p t y c e
tym p r z y p a d k u
elektryczne
postać:
1 0 ^ - 10
do
elektryczny
ilj
podatności
podatności
techniczne
momenty
podatno-ici V a n V l e c k a ,
w a h a się vi g r a n i c a c h
określa
Natomiast
nazwę
ma
powyższego
magnetycznym
T nosi
do w a r t o ś c i
skale wartości
również
strony
momentem
magnetycznej
wyraz jest właśnie
w porównaniu
magnetyczny
- iiij H j -
wszy z nich jest magnetycznym
razu V a n V l e c k a
formuł określajęcych
(3)
Nie
10
określa moment
elektryczny
tylko więc pole elektryczne
i pole magnetyczne
jest
- moment
indukowany
indukuje
moment
elektryczny.
http://rcin.org.pl
31
2, ZJAWISKO
RAMANA
Zjawisko
szęcych
w
technice
typu
jest
efekt
Ratnana w ł g c z o n o
nazwę
rozpraszania
zjawiskami
do s z e r o k i e j
światła
chaotyczny. Tymczasem
przez substancję
kach jest
kierunku
szonego
ono
Ramana jest
propaguje
selektywna
zamieniając? częstotliwość
kryształu
lub innej
lub w języku
oznaczyć
tliwość
der
kwantowym
światła
rozproszonego
dobrze
atomów w sieci wywołują
elektromagnetycznej
dźwiękową
zasady
pędów
W
fotonów
i
oscylacje
magnetycznych
tów m a g n e t y c z n y c h
zwane
więc
ją-
częstofali
analogia
przez
tego z j a w i s k a
falę
zachowuje
zasada
^ - ^ ^
Nieznana
2
mają
specyficzne
lub
zachowania
Ratępna.
nie
momentów
ma
wartości
tę o m i n i ę t o
bliskich
nego, Ponieważ częstotliwość
fala
spinowa
światła
^
formuły
obserwowanych
padające
ferromagnetycznej
opisujące
przyjmując
obserwowana
od częstotliwości
istnienie
rezonansu
fal
http://rcin.org.pl
za
światło
częstotli-
rezonans w
mog^*
ferroma-
spinowych
ferromagnetycz-
eksperymentalnie
rezonansu
o czę-
rozpro-
do i n t e r p r e t a c j i
modulowała
częstotliwości
momenkorpus-
b y ł o , że w a n t y f e r r o m a g n e t y k u
przez
o częstotliwościach
Wysnuto
drgania
magnetycznych
^ + "^a'
trudniejsza
mające
powyżej
ich o d p o w i e d n i k i
modulujęco
przyczyna
. Dziwne
określane
i
była
równą podwójnej
rezonansowej
typ z j a w i s k a
Jedna z częstotliwości
gnetykach. Trudność
32
o
elektryczna
ten z n i k a p o n a d t o
spinowymi
częstotliwości
fal s p i n o w y c h .
krotnie większa
elektrycznych
dodatkowo
nowy
oscylacjom
rezonansowej
zjawiska
często-
światła. Drgania
na d w i e c z ę s t o t l i w o ś c i
modulującą
antyferromagnetycznym
istnieć
p r z e z u; , to
składowa
jest
częstotliwość
szonego wynosiła właśnie
wości
sprężys-
światła
odkryto w antyferromagnetykach.
falami
kularne - magnony. Niższą
częstotliwością
atomów
fal
Istnieje więc pełna
odkryto
rozproszone
h i p o t e z ę , że c z ę s t o t l i w o ś ć
pomocą
momentów
z drganiami sieci. Efekt
eksperymentalnie
jąder
nazwę
o c z ę s t o t l i w o ś c i ui ^ n e l e k t r o n i c e
temperatury Curie, Zjawisko
stotliwości
tworzy
określić.
fononów,
kryształach
bliska
modulacja
tymi o d d z i a ł y w u j e
wyżej. Dołączona
S t w i e r d z o n o , że ś w i a t ł o
nic wspólnego
rozpro-
w y n o s i uj ^ - lo i. ca ^ + o;, N a s t ę p u j e
o c z ę s t o t l i w o ś c i cu . K w a n t o w y o p i s
przedstawione
noszą
od
to w ł a ś -
ta nie
ściśle
fal s p r ę ż y s t y c h
o częstotliwości
fali nośnej
Jeśli
światła
sg d r g a n i a
takie
to
wypad-
różnym
padającego, Jest
światła
znana w elektronice
t l i w o ś c i LU , Z m o m e n t a m i
z modulacją
na k i e r u n k u
- fononów, Jeśli częstotliwość
p r z e z ai^ a c z ę s t o t l i w o ś ć
w krysztale
ujemnym.
to w p e w n y c h
i d a j e się
substancji. Drgania
tego
"uporządkowany"
cecha efektu Ramana, Częstotliwość
p a s m a , l e c z jest
Przyczynę
tych
bardzo
światło,
światła
s?
zjawiskiem
światła w y k a z u j e , że częstotliwość
różna od c z ę s t o t l i w o ś c i
no-
światła
powierzchni. Oest
technicznie
rozpraszane. Pomiar wykonywany
nie n a j i s t o t n i e j s z a
szerokiego
efekt
przezroczystą
propagacji
jest
znanym
na n i e r ó w n o ś c i a c h
z tym nie m u s i być z j a w i s k i e m
optycznych
rozpraszania
ujemnymi. Najpowszechniej
rozpraszanie
i w zwięzku
klasy zjawisk
światła. Zjawisko
jest
ferromagnetycznego
dwu<xy- w o -
bec
tego
Suma
z a ł o ż o n o , że ś w i a t ł o
nia zjawiska
Podstawowym
formuły
brakiem
Rzeczywiste
a magnonami
Efekt
dyspersji,
krysztale
się
występują
magnetyczne
magnetycznym
każdej
momentów
podsieci
od częstotliwości
w płaszczyźnie
wych momentu
formuły
runku
momentu
oscylacje
składowej
mentów
"Widzi"
z częstotliwością
nansowej
i sposób
potrzebne
też
Wynikło
wymiennej
a ^
identyczne
/"H^
Jest
otrzymuje
obliczenia
przy
współczynnikiem
czym H^
do
ich
równoległej
większ?
elektrycznych
oscylacji
podsie-
cecha
wzdłuż
będą
mo-
antyferroma-
i dlatego
teorii
założeń.
były z p o d r ę c z n i k ó w
kie-
pod-
momentów
zachodzić
Jest
że
składo-
obu
od c z ę s t o t l i w o ś c i
bez ż a d n y c h
do
większy
oscylacje
oscylacje
to w ł a ś n i e
momaję
zadziwiające,
różnice
oscyluje
rezo-
względności.
Formuła
szkolnych.
Nie-
liczbowe.
między
częstotliwością
a częstotliwością
i jest
momentu
magnetycznego.
momentu elektrycznego
się
momentem
Natomiast wzdłuż
ferromagnetyczny
u) ^ , 3 e s t
stała
z
dwukrotnie
3est
t e g o , ze k r y s z t a ł
kryształ
rezo-
wynikami
w fazie o 1 8 0 ° w obu
istnieją
Składowa
p o n a d t o , że o d l e g ł o ś ć
elektrycznego
z
elektrycznego
momentu
składowe momentów
się. Nie
magnetycznego
elektrycznego.
prostopadłej
się o d e j m u j ą .
że
antyferromagnetyka.
magnetycznych
są p r z e s u n i ę t e
obliczeń wzięte
były
i
związany
momentu
magnetycznego.
( 2 o;^ ) d w u k r o t n i e
rezultaty
wyjściowa
rozproszenia
ściśle
elektrycznego,
do m o m e n t ó w
"nie w i d z i "
tylko
ferromagnetyka
Otrzymane
Jest
równania
stwierdzić,
to z g o d n e
mają częstotliwość
z tym c a ł k o w i c i e
ferromagnetyku.
określające
z częstotliwością
3est
oscylacji
momentu
drgań momentu
magnetycznych
formuły
magnetycznego
drgają
składowych
podsieci
i dodają
nietrafna.
do n i e g o p r o s t o p a d ł y . O s c y l a c j e
e l e k t r y c z n y c h w obu podsieciach,
gnetykiem.
się
i różne w obu p o d s i e c i a c h
magnetycznego
s i e c i są w fnzie
nie-
kwantowym.
pozwalające
momentów
elektryczny
elektrycznego
i w związku
się
Mog-
tych celów
schematów
prostopadłej
ciach
elek-
standardowych
równą częstotliwości
natomiast
fali
obliczenia według
oddzielnie, w płaszczyźnie
magnetycznych
również w
wybitnie
jej
istnie-
magnetycznymi.
o n e do
okazała
antyferromagnetykom.
są z ł o ż o n e
oparcie
n i ę , nie
z
i jest zawsze
częstotliwość
jest
i magnetyczne
oscylacje
magnetycznych,
Oscylacje
spinowe.
wyjaśnie-
elektryczne
antyferromagnetyka
f^t w ł a ś c i w ą
elektrycznego
mentów
się
interpretacja
to o t r z y m a s i ę
eksperymentalnymi. Moment
W
do
elektryczną
będącymi wielkościami
przez pole
opisów
nansową
myślowej
p r o c e s y są p r o s t s z e . O e ś l i w e ź m i e
kryształu
i przeprowadzi
w
fale
potrzebną
między składowę
Ramana Jest zjawiskiem
Diraca
Momenty
zwięzek
przedstawiona wyżej
zaburzenie
konstrukcji
r ó w n a n i a M a x w e l l a , ale okazują
wystarczające.
Wreszcie
powyższej
określajęce
to być
przez dwie
dawała
Ponadto w teorii magnetyzmu, ani poza
tromagnetycznej
łyby
= 2. cu^
częstotliwość.
na założeniach.
ję
Jest modulowane
i c h c z ę s t o t l i w o ś c i ujf *
u)^ - 2
proporcjonalna
jest
magnetycznym
do t z w .
polem
uj^ -
co^
o/^
rozproszenia
częstotliwości
molekularnym,
żyroskopowym.
http://rcin.org.pl
53
Wyoięgnęć
można
było
proszenia. Mianowicie,
tycznego
maję moment
oscylującym
również wniski
jeśli
orbitalny
ferroelektrykiem.
ko na kierunku
magnetyzacji
magnetyzacji.
sę
pokrywaję
się z p o d s i e c i a m i
momentów
niu
ale
roz-
magne-
to jest
on
tę m a j ę
tyl-
prostopadłej
do
antyferroelektryka
dzięki
i elektrycznego.
interesującym
przez
z polem
ogólnym
ferromagnetyk
statyczne
wzajemnemu
Zjawisko
jest
inte-
również dotychczas
jest
Przede wszystkim
w dalszych
że
analo-
rozpraszanie
istotę
staje
słabego
Ponadto
anty-
się s ł a b y m
ferro-
ferromagnetyzmu,
OPTYCZNEO
będzie
zjawisko
dwójłomności
przed innymi zjawiskami
dotychczas zinterpretowane
magnetycznych
trycznych. Mechanizm
zjawisk
nych Jest
z mechanizmem
magnetycznych
ale
optycz-
analizowanymi
to
tak
ilościowo
nie
również w substancjach
zachodzących w kryształach
kach, Dlatego wnioski wyciągnięte
kryształach
magnedziała-
od
tej p r a c y , O e s t z n a m i e n n e , ż e z j a w i s k o
dawno odkryte nie zostało
identyczny
Poddanie
wyjaśnionę.
rozpatrzone
tylko w kryształach
stwierdzenie,
pola elektrycznego
magnetycznych
częściach
możli-
pole
z reguły wygodniejsze
magnetoelektrycznego.
3. ZJAWISKO LINIOWEO 0W6DŁ0MN05CI
nej w k r y s z t a ł a c h
jest
tylko przez
pole elektryczne.
jest
to z r o z u m i e ć
nie
technicznie
nie
magnetycznym.
zjawiska
pod wpływem
Pozwala
również
modulującej
wnioskiem
Jest w y n i k i e m
magnetykiem.
w
Podsieci
antyferromagnetyka
pola elektrycznego
operacji
Bardziej
Ramana
własność
Natomiast w płaszczyźnie
częstotliwości
również
kryształu
gicznej
kryształu
(a t a k i c h j e s t w i ę k s z o ś ć ) ,
Antyferromagnetyki
magnetycznego
wnioskiem
regulacji
tyczne
zviięzane ze z j n ¡isUiem
poznawczo.
Kolejnym
wość
nie
niezaburzonego
antyferroelektrykami.
zwięzaniu
resujące
kationy
zjawisk
magnetycz-
występujęcych
z analizy
procesów
będą p r z e n i e s i o n e
dielek-
w
dielektry-
zachodzących
do dyskusji
substancji
dielekt rycznych.
Zjawisko
celów
i
dwójłomności
Jest w y k o r z y s t y w a n e
kontrolno-pomiarowych.
Bajora
[4]
oraz
Samo zjawisko
na przykładzie
(szpatu
pomiary
Przykładem
niobianu
dwójłomności
własności
islandzkiego),
oraz
są p r a c e
kryształu
na p ł y t k ę
dwa
3eden
z promieni
nie w y k a z u j e
go o d p r o m i e n i a
padającego
i dlatego
zwyczajnym.
tomiast
mania
34
Jego współczynnik
promień
i został
nie zachowuje
nazwany
przez
do
Adamkiewicz
węglanu wapnia
tego k r y s z t a ł u
to p o p r z e j ś c i u
promienie.
głównie
litu.
mień świetlny,
cych
technice
jego cechy są p r z e d s t a w i a n e
optycznych
Jeśli
w
kryształ ulega
załamania
oznaczmy
się z g o d n i e
pada wąski
on
żadnych
został
cech
przez
http://rcin.org.pl
będzie
pro-
rozdwojeniu
nazwany
ze z w y k ł y m i
nadzwyczajnym. Oznaczony
zwykle
CaCO^
na
odróżniająpromieniem
n^^. D r u g i
prawami
dalej
na-
załaprzez
n^,
Zjawisko
opisane nosi nazwę
ności. 3est ono opisywane
podwójnego
przez
załamania
światła
pewien współczynnik
lub
dwójłom-
o postaci
następu-
jącej
= ^
gdzie
(M jest c z ę s t o t l i w o ś c i ?
w próżni
i 1 - grubością
Stosunkowo
równy
dawno
jest stałej
Ponadto
czajny
są
świetlnej
więzki
i wiele
z a ł a m a n i a . Oś
do kierunku
kryształach
li m a g n e t y z a c j a
nijmy dlaczego
jest
tak
topadły do momentu
moment
elektryczny
go J e s t
gacji
dające
musi
propagacji
jest
ne k r y s z t a ł
jest
cji nachylonę
nie, w której
takę J e s t
kierunek
ływań, a więc
Warunkiem
prostopadłej
osią
Oest
składowa
oddzia-
nadzwyczajny.
elektryczna
propagacji
magnetyzacji wyznacza
oś
światła.
dielektrycznych.
łatwego
trudnego
równy jest zeru
http://rcin.org.pl
krysz-
elektryczny,
to p r o m i e ń
do k i e r u n k u
e l e k t r y c z n y na o s i o p t y c z n e j
z
od stopnia
tylko kryształach)
jest
magne-
do m a g n e t y z a c j i
jest a n i z o t r o p i a
sowania, która dla momentu elektrycznego
wania. Moment
Jest
prosto-
płaszczyź-
padającego,
moment
pa-
Przypomnij-
Jest
na k i e r u n k u
światła
nie-
propa-
polaryza-
magnetyzacji.
"napotyka"
elektrycznej,
u w a g ę , że kierunek
pros-
do
do kierunku
się w s t o p n i u z a l e ż n y m
r ó w n i e ż w substancjach(nie
Zwróćmy
jest
prostopadłym
tego pola
Jeś-
Wyjaś-
magnetycznego
elektrycznego nie oddziaływuje
dwójłomności
kryształu w płaszczyźnie
Tak jest
światła.
ś w i a t ł a . Drga w i ę c w tej samej
z nim z a ł a m u j ą c
od p o d a t n o ś c i
magnetycznym.
liniowo z płaszczyznę
z niego zachowując własności
wystąpienia
magnetyzacji.
fali elektromagnetycznej
fali elektromagnetycznej
oddziaływuje
więc
optycznej
elektryczny
prostopadła
to p r o m i e ń z w y c z a j n y . Na k i e r u n k u p r o s t o p a d ł y m
elektryczna
Hyrói-
obserwuje
propagacji
k ę t e m do k i e r u n k u
momentu
płasz-
e l e k t r y c z n i e . Z a ł ó ż m y , że ś w i a t ł o
jest s p o l a r y z o w a n e
tyzacji nie znajdując
do
osi
Na k i e r u n k u m o m e n t u
leży magnetyzacja. Składowa
i wychodzi
składowa
Jest z e r u , a n a k i e r u n k u
propagacji
elek-
pola
osi optycznej. Aby
j e s t . P r z y p o m n i j m y , że m o m e n t
pod dowolnym
do k i e r u n k u
tej o s i , to n i e
do k i e r u n k u
magnetycznego.
my p o n a d t o , że pole e l e k t r y c z n e
drgań
prostopadła
rozdwojeniu w krysztale
anizotropowe
nadzwyfali
światła.
różny od zera. w i ę c płaszczyzna
światła
i
nadzwyczajnej.
istnieć
osię
prostopadła
równy
jak
elektryczna
Płaszczyzna
ta n o s i n a z w ę
magnetycznych
załamania
innych k r y s z t a ł ó w , ma jednę
dwójłomności występiło
Promień świetlny ulegnie więc
tałem
tzn. s k ł a d o w a
płaszczyźnie.
zwyczajnej więzki
i s l a n d z k i , jak
prostopadła
prędkości?
= £?),
promień zwyczajny
oś. Jeśli światło propaguje wzdłuż
zjawisko
padłe
( n^
liniowo,
drga w jednej
się p o d w ó j n e g o
W
dielektrycznej
drgań pola elektrycznego
Szpat
padajęcego, c jego
o b l i c z o n o , że k w a d r a t w s p ó ł c z y n n i k a
spolaryzowane
elektrycznego
nionę
światła
kryształu.
s t w i e r d z o n o , że z a r ó w n o
tromagnetycznej
czyzny
1 f"o -
magne-
polaryzoi dla35
t e g o jest ona o s i ę
magnetyzacji
Jest
trudnego polaryzowania. Płaszczyzna
płaszczyznę
trudnego magnesowania
łatwego polaryzowania. Dwójłomność w krysztale
w i ę c być w y z n a c z o n a
W
przez p o m i a r
dielektrycznym
podatności elektrycznej
ten s p o s ó b , na p o d s t a w i e z n a j o m o ś c i
trycznej
prostopadła
a jednocześnie
fali e l e k t r o m a g n e t y c z n e j
oddziaływań
z momentem
i
do
-
może
odwrotnie,
składowej
elektrycznym w
elek-
krysztale
magnetycznym, można wyjaśnić efekt dwójłomności w kryształach
diamag-
netycznych. Jednocześnie
krysz-
tałów
można określić własności dwójłomnych
dielektrycznych.
4. SKRÓCENIE PŁASZCZYZNY
Skręcenie
w
POLARYZACJI
płaszczyzny
polaryzacji
technice przy konstrukcji
bilnę pracę
laserów
ś w i a t ł a Jest
izolatorów
oraz cyrkulatorów
telekomunikacyjnych
wykorzystywane
optycznych zapewniających
stosowanych w optycznych
o dwu k i e r u n k a c h . P o d o b n i e
jak p o p r z e d n i e ,
i to z a g a d n i e n i e , nie z o s t a ł o d o t ę d w y j a ś n i o n e . S t w i e r d z o n o
r y m e n t a l n i e , ż e kęt s k r ę c e n i a
ryzowanej
r
płaszczyzny
fali elektromagnetycznej
e=
g d z i e n^ jest w s p ó ł c z y n n i k i e m
zowanej
W obliczeniach
tak
ekspe-
liniowo' s p o l a -
następujęcy:
(n^ - n_)
załamania prawoskrętnej
kołowo
spolary-
ś w i a t ł a , a n_ - w s p ó ł c z y n n i k i e m
kołowo spolaryzowanej
fali
za-
elektromagnetycznej.
i l o ś c i o w y c h w s p ó ł c z y n n i k i z a ł a m a n i a w i ę ż ę się z p o -
datnościami dielektrycznymi
menty elektryczny
określa wzór
1
fali elektromagnetycznej
łamania lewoskrętnej
polaryzacji
sta-
liniach
za p o m o c ę
równań Maxwella. Jeśli więc
i magnetyczny określone
przez
s t a w i się d o r ó w n a ń M a x w e l l a w ó w c z a s o t r z y m u j e
r ó w n . (2)
i (3)
mo-
pod-
się
= rxz - ryz
gdzie
Jest p o d a t n o ś c i ę
magnetoelektrycznę
zdefiniowanę w
sposób
następujęcy:
.pI
Indeks
a indeks
w
J w powyższej
d e f i n i c j i z w i ę z a n y Jest z p o l e m
i, z m o m e n t e m e l e k t r y c z n y m . A b y w i ę c
r ó w n . (5) n i e z n i k a ł a , p o d a t n o ś c i
^
różnica
¿Tyz
P o n i e w a ż w obu p o d a t n o ś c i a c h w y s t ę p u j e w s k a ź n i k
t y c z n y m , to p o d a t n o ś c i
kryształu. Różnica
te nie w y r a ż a j ę
36
(n^ - n_)
'^yć
Anizotropia
magne-
magnetycznych
elektrycznych
zatem własności
http://rcin.org.pl
różne.
zwięzany z polem
różnicy własności
ta m u s i tkwić w e w ł a s n o ś c i a c h
z a n y c h ze w s k a ź n i k a m i x i y .
magnetycznym
zwią-
elektrycz-
nych
kryształu
światła
Drugi
jest
w płaszczyźnie
jednym
warunek
określa
kierunek
polaryzacji
występi
zgodny
z kierunkiem
jest
z. Jeśli
jednak
obróci
pytanie: dlaczego
Oest
takę w n o s z ę
zawierać
będzie
nie z n i k a
i
Własność
ona wynikiem
ryzacji
zgodnie
lustra
z kierunkiem
zarówno
o d b i t e g o , jak
(w p r a w o )
tak nie
cechę
magnetyzacji
skręcona
teoretycznych
(6)
podatność
strona
jest w prawo, kęty skręcenia
odejmyję
światła dajęc w wyniku wartość
^^^
równ.
skręcenia
przez kryształ
Jest w
(s)
płasz-
skręcają
się.
Cecha
płaszczyzna
i
lewo. Dla
płaszczyzny
światło
obserwa-
polaryzacji
się w
pytanie:
jednym
wy-
dielektrycz-
polaryzacji
się dla obu k i e r u n k ó w
zerowę. Zachodzi
pola-
odbiciu
ta J e s t
technicznych, W substancjach
J e s t , W obu p r z y p a d k a c h
[2].
podatność
P o w i e d z m y , że
i bezpośredniego,
a kęty skręcenia dodaję
najpierw
łM^' ^ płaszczyzna
kierunku magnetyzacji,
korzystywana w izolatorach
nych
jednę
magnetycznych.
polaryzacji
moment
polaryzacji.
j e s t w p r a w o . Po p r z e j ś c i u
wzdłuż
światła
jeszcze
dostarcza
magnetyzacja
Deśli więc
temu, prawa
płaszczyzny
w kryształach
płaszczyzna
magnetyzacji.
odkryta
również obliczeń
-M^. Dzięki
skręcenie
tora patrzęcego
kierunku
ta z o s t a ł a
światła
wskaźnik
Jeśli
n p . P y , to
ł M ^ , to w m y ś l d e f i n i c j i
powyższa wyjaśnia
skręcana
ten określa
jest? Wyjaśnienia
relatywistyczne.
magnetyzację
występi
polaryzacji
propaguje
od
tak
o 9 0 ° do m o m e n t u
formuły
magnetyzację
płaszczyzny
propagacji
zjawiska magnetoslektrycznego.
np. p^ obrócić
eksperymentalnie.
Skręcenie
kierunek
polaryzacji.
zgodny z kierunkiem
s i ę o 1 8 0 ° o d +M d o - M . W ł a s n o ś ć
Własność
czyzny
magnetyzacji.
ma k i e r u n e k
propagacji
płaszczyzny
magnetyzacji. Warunek
oryginalna własność
dielektryczny
do k i e r u n k u
skręcenia
tylko w ó w c z a s , jeśli
pole m a g n e t y c z n e
Zachodzi
bardzo
prostopadłej
z dwu w a r u n k ó w
skręcana
propagacji
co j e s t
tego
przyczynę?
Najogólniej
Załóżmy
z a c j i +M
b i o r ę c . Jest
to c e c h a w z g l ę d n o ś c i w ł a s n o ś c i
Jak p o p r z e d n i o , ż e ś w i a t ł o
. Moment
elektryczny
propaguje wzdłuż
kryształu.
kierunku
magnety-
Jest
p r o s t o p a d ł y do m a g n e t y z a c j i i J e g o
T
T
s k ł a d o w e na o s i e x i y w y n o s z ę , potNiedzmy, + p „ i -p,,. K ę t s k r ę c e n i a
X
y
p ł a s z c z y z n y p o l a r y z a c j i określany jest n a s t ę p u j ę c o :
'i
tg e
^
Px
P o w i e d z m y , że z n a k
Nie z m i e n i a j ę c
tyzację. Moment
s k ł a d o w e - p^
X
minus
oznacza
kierunku
elektryczny
i - pI«
y
skręcenie w
propagacji
prawo.
światła
o b r a c a się w ó w c z a s
odwracamy
o 90
o 180
magne-
i powiedzmy
ma
Wówczas
tg e = +
'i
— Y —
Pv
http://rcin.org.pl
37
Płaszczyzna
światło
jest
polaryzacji
skręcana
jest w
odbite
"widzi"
magnetyzację
bezpośrednim
powodem
zmiany
ryzacji. Składowa
tylko z momentem
obrócony
od własności
jest
lustrzanym
Takie własności
ma
bowiem w magnetykach
momentu
optyczną
jednakowe.
elektryczny
bezpośredniego
sę
elektrycznego
słowy,
różne
dla światła
w świetle
od-
Ogólne
płaszczyzny
relatywistycznym
w
obu
polaryzacji
a w
dielektry-
jednak wnioski wyciągnięte
można
rozszerzyć
propagacji
kryształu
tj. z osią
a płaszczyzna
światła
na
trudnego
z
po-
dielektryki.
powinien
być
zgodny
polaryzowania
prostopadła
skła-
bezpośrednim.
magnetyczny. Dielektryk
kierunek
być a n i z o t r o p o w e
oddziaływuje
moment
nie zmieniło. Innymi
Skręcenie
jest zjawiskiem
podatności)
nie
pola-
jego położenia względem wektora
tylko kryształ
analizy dla magnetyków
mniejszej
n i c się
dla światła
odbiciem
kach - nierelatywistycznym.
z osią
"widzi"
fali e l e k t r o m a g n e t y c z n e j
k i e r u n k a c h ma w ł a s n o ś c i
Przede wszystkim
ta
to
płaszczyzny
odbitego.
biorąc, położenie
dowej elektrycznej
wyższej
Składowa
kryształu
dla światła
Dokładnie
tzn. - M ^ » ale
skręcania
fali elektromagnetycznej
elektrycznym.
elektryczne
odwróconą
kierunku
o 9 0 ° m i m o , że w k r y s z t a l e
własności
bitego
elektryczna
lewo.
do
tej o s i
(o
naj-
powinna
elektrycznie.
5. W N I O S K I
Składowa elektryczna
magnetycznym
nie
podstawowa własność
której
możliwe
ny polaryzacji
momentu
tycznego
Jest
i inne.
magnetycznego
elektryczny
od c z ę s t o t l i w o ś c i
Kryształ
kierunku
ale
Ramana mogą
to
taki, w którym
światła
Jest
ona dwa kierunki wzajemnie
lub prawie
nie z a w i e r a
z zerową
ną. Składowa elektryczna
kryształ
promieniem
załamaniu ale
38
orbitalnym
regulowane
z kryształem
płaszczyzna
nie
tylko
przez
prostopadła
Jeden
i stanowi
podatnością
nie
oś
elektryczprzez
d l a t e g o , że ś w i a t ł o
izotropowym. Moment
nie
oddziaływuje
b ę d ą c po p r z e j ś c i u
http://rcin.org.pl
do
elektrycznie.
elektrycznych
zwyczajnym. Zwyczajnym
atomów
płaszczyźnie
elektryczne.
lub bliską zeru
t a k . Jak w k r y s z t a l e
w
antyferroelektrykiem.
fali elektromagnetycznej
lub p r a w i e nie o d d z i a ł y w u j e
magne-
częstotliwością
prostopadłe, z których
momentów
płaszczyzoscylacjami
kryształu
silnie anizotropowe
zawiera
polaryzowania
być
pole
to
dzięki
ferromagnetycznego.
momentem
oscylującym
i przez statyczne
dwójłamowy
propagacji
jest
Zawiera
trudnego
drgający z
rezonansu
jest
ferroelektrykiem. Antyferromagnetyk
rozpraszania
pole magnetyczne
skręcenia
rezonansowej
z nieznikającym
krysztale
magnetycznych,
Samana wywołane
o częstotliwości
do m a g n e t y z a c j i
Częstotliwości
indukuje w
i magnetyczny. Oest
Ramana, dwójłomności,
kryształ magnetyczny
prostopadłej
ale
kryształów
Rozpraszanie
oraz przez moment
oscylującym
elektryczny
dielektrycznych
są z j a w i s k a
dwukrotnie większą
Każdy
fali elektromagnetycznej
tylko moment
ulega
elektryczny
bowiem wnoszony
przez anizotropię
kierunek, prostopadły
wania
z maksymalny
tego Indukowany
elektryczny.
dla danego kryształu
o specyficznych
W
Moment
nej
elektryczna
magnetycznych
elektryczny
czyli
bowiem
skręcające
prostopadłą
propagacji
największych
ta m u s i
różnica
będzie
płaszczyzny
skręcenie
magnetyczne
Dla
fali
skręcenia
tyczne
bezpośredniej
płaszczyzny
jak
runkach
sę
jest
zgodną
polaryzowania
to j e d n a k
o
dwa skrzyżowane
fali
dodają
pola:
się d a j ą c w a r t o ś ć
kąta
równą
Tekst
1987.07.14
kąty skręcenia
statyczne
magnetycznych
elektryczne
elektryczne
płaszczyzny
kąty
kryształ
do jego odbicia w l u s t r z e . K r y s z t a ł y
1 dlatego
większe
kryształach
elektromagnetycznej.
się d l a t e g o , ż e
Ich w ł a s n o ś c i
warunek
możliwie
różnych
tym
izotropowych
różne własności
takich własności.
dostarczono
magnetycznego.
anlzotropowa
i odbitej w kryształach
k i e r u n k a c h ma
Jednakowe
łatwego
będzie większa
elektryczna
polaryzacji
przedmiot
nla mają
tę i n d u k u j ą
się
spolaryzowa-
e l e k t r y c z n y c h w dwu
polaryzacji- W
składowa
liniowo
polaryzowania
również
tych p o d a t n o ś c i
anizotropię
1 zmienna
w dwu przeciwnych
do siebie
być
świetlny
pokrywa
do momentu
światła. Nie
różnych podatnośclach
kierunkach. Czym
magnetycznych
trudnego
oddziały-
magnesowania.
polaryzacji
oś
dla-
jpoment
promień
polaryzowania
i płaszczyznę
propagacji
Płaszczyzna
ale
mają
1
nadzwyczajnym,
łatwego
prostopadły
Drugi
polaryzo-
elektryczną
przez kryształ
trudnego
z osią
jest
światła
do kierunku
wystarczający.
oś
płaszczyznę
fali elektromagnetycznej
z kierunkiem
podatnością
zeru.
łatwego
fali elektromagnetycznej
d a j e po p r z e j ś c i u
magnetyzacji
Kryształy
oslę
własnościach, zwany promieniem
kryształach
kierunkiem
równy jest
j e s t w tym k i e r u n k u m a k s y m a l n y z m o ż l i w y c h
Składowa
w u j ą c z tym momentem
z
kryształu
do opisanego w y ż e j . Jest
mające
się
dlamagnew obu
kie-
odejmują
zeru.
LITERATURA
1. n a d o s A . : P h y s i c s L e t t e r s
(n), 103a, 1 9 8 4 , 389.
2. W a d a s A . i W a d a s R.: Elect ron T e c h n . , 19, 1986, No 3 / 4 .
3. W a d a s A . : P h y s . stat. sol.
(n)
,74, 1 9 8 2 , 697.
4 . A d a m k i e w i c z G. i Bajor A . : Prace I T M E , 1 9 8 6 , No
18.
http://rcin.org.pl
39
