Õpime koos tundma magnetoptiliste kristallmaterjalide kasutamise põhimõtet!

Optilise side ja suure võimsusega lasertehnoloogia arenedes on magnetoptiliste isolaatorite uurimine ja rakendamine muutunud üha ulatuslikumaks, mis on otseselt soodustanud magnetooptiliste materjalide arengut, eritiMagnetoptiline kristall. Nende hulgas on magneto-optilistel kristallidel, nagu haruldaste muldmetallide ortoferriit, haruldaste muldmetallide molübdaat, haruldaste muldmetallide volframaat, ütriumraudgranaat (YIG), terbium-alumiiniumgranaat (TAG), kõrgemad Verdeti konstandid, mis näitavad ainulaadseid magneto-optilise jõudluse eeliseid ja laialdasi kasutusvõimalusi.

Magnetoptilised efektid võib jagada kolme tüüpi: Faraday efekt, Zeemani efekt ja Kerri efekt.

Faraday efekt või Faraday pöörlemine, mida mõnikord nimetatakse magneto-optiliseks Faraday efektiks (MOFE), on füüsiline magneto-optiline nähtus. Faraday efekti põhjustatud polarisatsiooni pöörlemine on võrdeline magnetvälja projektsiooniga piki valguse levimise suunda. Formaalselt on see güroelektromagnetismi erijuhtum, mis saadakse siis, kui dielektrilise konstandi tensor on diagonaalne. Kui tasapinnaline polariseeritud valgusvihk läbib magnetvälja asetatud magneto-optilist keskkonda, pöörleb tasapinnalise polariseeritud valguse polarisatsioonitasand magnetväljaga paralleelselt valguse suunaga ja kõrvalekaldenurka nimetatakse Faraday pöördenurgaks.

Zeemani efekt (/ˈzeɪmən/, hollandi hääldus [ˈzeːmɑn]), mis sai nime Hollandi füüsiku Pieter Zeemani järgi, on staatilise magnetvälja mõjul mitmeks komponendiks jaguneva spektri efekt. See sarnaneb Starki efektiga, see tähendab, et spekter jaguneb elektrivälja toimel mitmeks komponendiks. Sarnaselt Starki efektiga on ka üleminekud erinevate komponentide vahel tavaliselt erineva intensiivsusega ning mõned neist on olenevalt valikureeglitest täielikult keelatud (dipooli lähenduse all).

Zeemani efekt on aatomi poolt tekitatud spektri sageduse ja polarisatsioonisuuna muutus, mis on tingitud orbitaaltasandi ja elektroni tuuma ümber aatomi liikumissageduse muutumisest välise magnetvälja toimel.

Kerri efekt, tuntud ka kui sekundaarne elektrooptiline efekt (QEO), viitab nähtusele, et materjali murdumisnäitaja muutub koos välise elektrivälja muutumisega. Kerri efekt erineb Pockelsi efektist, kuna indutseeritud murdumisnäitaja muutus on võrdeline elektrivälja ruuduga, mitte lineaarse muutusega. Kõigil materjalidel on Kerri efekt, kuid mõnel vedelikul on see tugevam kui teistel.

Haruldase muldmetalli ferriidi ReFeO3 (Re on haruldaste muldmetallide element), tuntud ka kui ortoferriit, avastasid Forestier jt. aastal 1950 ja on üks varasemaid avastatud magnetooptilisi kristalle.

Seda tüüpiMagnetoptiline kristallon raske suunata kasvatada selle väga tugeva sulakonvektsiooni, tugevate mittestabiilsete võnkumiste ja suure pindpinevuse tõttu. See ei sobi kasvatamiseks Czochralski meetodil ning hüdrotermilisel meetodil ja kaaslahusti meetodil saadud kristallid on halva puhtusega. Praegune suhteliselt tõhus kasvumeetod on optilise ujuvtsooni meetod, mistõttu on raske kasvatada suuri ja kvaliteetseid haruldaste muldmetallide ortoferriidi monokristalle. Kuna haruldaste muldmetallide ortoferriidi kristallidel on kõrge Curie temperatuur (kuni 643 K), ristkülikukujuline hüstereesisilmus ja väike sundjõud (umbes 0,2 emu/g toatemperatuuril), on neid võimalik kasutada väikestes magneto-optilistes isolaatorites, kui läbilaskvus on kõrge (üle 75%).

Haruldaste muldmetallide molübdaadisüsteemidest on enim uuritud skeeliit-tüüpi kahekordne molübdaat (ARe(MoO4)2, A on mitteharuldaste muldmetallide ioon), kolmekordne molübdaat (Ｒe2(MoO4)3), neljakordne molübdaat (A2Re2(MoO4)4) ja seitsmekordne molübdaat (A2＼O4)47.

Enamik neistMagnetooptilised kristallidon sama koostisega sulaühendid ja neid saab kasvatada Czochralski meetodil. Kuid MoO3 lendumise tõttu kasvuprotsessis on selle mõju vähendamiseks vaja optimeerida temperatuurivälja ja materjali ettevalmistamise protsessi. Haruldaste muldmetallide molübdaadi kasvudefekti probleemi suurte temperatuurigradientide korral ei ole tõhusalt lahendatud ja suurte kristallide kasvu ei ole võimalik saavutada, mistõttu ei saa seda kasutada suurtes magneto-optilistes isolaatorites. Kuna selle Verdeti konstant ja läbilaskvus on nähtavas-infrapunaribas suhteliselt kõrged (üle 75%), sobib see miniatuursete magnetoptiliste seadmete jaoks.