МАГНИТООПТИКА

МАГНИТООПТИКА магнетооптика, раздел
физики, в к-ром изучаются изменения оптич. свойств сред под действием
магнитного
поля и обусловливающие эти изменения особенности взаимодействия
оптического
излучения (света) с помещённым в поле веществом.

Магнитное поле, как и всякое векторное
поле, выделяет в пространстве определённое направление; поле в среде придаёт
этой среде дополнит, анизотропию, в частности оптическую анизотропию.
(Своеобразие
симметрии, к-рой обладает магнитное поле, заключается в том, что его напряжённость
Н
и
магнитная
индукция В - не просто векторы, но осевые векторы.)
Энергия
атома (молекулы, иона) среды начинает зависеть от взаимного направления
поля и магнитного момента
атома; в результате
уровни энергии
атома
расщепляются (иначе гово-

рят, что поле снимает вырождение
уровней).
Соответственно, расщепляются спектральные линии оптич. переходов между
уровнями (см. также Атом, Излучение, Молекула). В этом состоит один
из эффектов М.- Зеемана эффект. Поляризация зеемановских компонент
("отщеплённых" линий) различна (см. Поляризация света), поэтому
в веществе, помещённом в магнитное поле, поглощение таких же компонент
проходящего света (обратный эффект Зеемана) различно в зависимости от состояния
их поляризации. Так, при распространении монохроматического света вдоль
поля (продольном эффекте Зеемана) его право- и левоциркулярно поляризованные
составляющие поглощаются по-разному (т. н. магнитный круговой дихроиз м),
а при распространении света поперёк поля (поперечном эффекте Зеемана) имеет
место магнитный линейный дихроизм, т. е. разное поглощение составляющих,
линейно-поляризованных параллельно и перпендикулярно магнитному полю. Эти
поляризационные эффекты проявляют сложную зависимость от длины волны излучения
(сложный спектральный ход), знание к-рой позволяет определить величину
и характер зеемановского расщепления в тех случаях, когда оно много меньше
ширины
спектральных линий. (Аналогичные эффекты наблюдаются в люминесценции.
)

Расщепление спектральных линий влечёт за
собой дополнит, расщепление дисперсионных кривых, характеризующих зависимость
показателя преломления среды от длины волны излучения (ем.
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 наз. Фарадея эффектом.
Вблизи
линии поглощения ("скачка" на дисперсионной кривой) фа-радеевское вращение
проявляет характерную немонотонную зависимость от длины волны - эффект
Макалузо - Корбино. При поперечном относительно магнитного 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.

Оптич. анизотропия среды в магнитном поле
проявляется также и при отражении света от её поверхности. При таком
отражении происходит изменение поляризации отражённого света, характер
и степень к-рого зависят от взаимного расположения поверхности, плоскости
поляризации падающего света и вектора намагниченности. Этот эффект
наблюдается в первую очередь для ферромагнетиков и носит назв. магнитооптич.
Керра
эффекта.

М. твёрдого тела интенсивно развивалась
в 60-70-е гг. 20 в. Особенно это относится к М. полупроводников и таких
магнитоупорядоченных кристаллов, как ферриты и антиферромагнетики.

Одно из осн. магнитооптич. явлений в полупроводниках
состоит в появлении (при помещении их в магнитное поле) дискретного спектра
поглощения оптич. излучения за 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 магнитном поле
указанных зон на системы подзон - подзон Ландау. Оптич. переходы между
подзонами и ответственны за дискретные линии поглощения. Возникновение
подзон Ландау вызвано тем, что электроны проводимости и дырки в
магнитном поле начинают совершать орбитальные движения 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 полупроводников.
С ним связаны и т. н. междузонные эффекты Фарадея и Фохта в полупроводниках.

Подзоны Ландау, в свою очередь, расщепляются
в магнитном поле вследствие того, что электрон обладает собственным моментом
количества движения - спином. При определённых условиях наблюдается
вынужденное
рассеяние света на электронах в полупроводнике с переворотом спина
относительно магнитного поля. При таком процессе энергия рассеиваемого
фотона изменяется на величину спинового расщепления подзоны, к-рое для
нек-рых полупроводников весьма велико. На этом эффекте основано плавное
изменение частоты излучения мощных лазеров и создан светосильный
инфракрасный спектрометр сверхвысокого разрешения.

Большой раздел М. полупроводников составляет
изучение зеемановского расщепления уровней энергии мелких водородоподобных
примесей и экситонов (см. также Квазичастицы). Наблюдение
магнитопоглощения и отражения инфракрасного излучения в узкозонных полупроводниках
позволяет исследовать коллективные колебания электронной плазмы (см. Плазма
твёрдых тел) и её взаимодействие 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,
но взаимодействии света с магнитоупорядоченными средами гл. роль играют
не внешние поля, а внутренние магнитные 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. свойства 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 электронно-вычислительных машинах.

Создание лазеров привело к обнаружению
новых магнитооптич. эффектов, проявляющихся при больших интенсивно-стях
светового потока. Показано, в частнести, что поляризованный по кругу свет,
проходя через прозрачную среду, действует как эффективное магнитное поле
и вызывает появление намагниченности среды (т. н. обратный эффект Фарадея).

В тесной связи с магнитооптич. явлениями
находятся явления оптич. ориентации атомов, спинов электронов и ядер в
кристаллах, циклотронный резонанс, электронный парамагнитный резонанс
и
др. Магнитооптич. методы используются при исследовании квантовых состояний,
ответственных за оптич. переходы, физико-химич. структуры вещества, взаимодействий
между атомами, молекулами и ионами в основном и возбуждённом состояниях,
электронной структуры металлов и полупроводников, фазовых переходов
и
пр.

Лит.: Борн М., Оптика, пер. с нем.,
Хар., 1937; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Старостин Н. В., ФеофиловП.П.,
Магнитная циркулярная анизотропия в кристаллах, "Успехи физических наук",
1969, т. 97, в. 4; Smith S. D., Magneto-Optics in crystals, в кн.: Encyclopedia
of Physics (Handbuch der Physik), v. 25, pt. 2a, В. -[а. о.], 1967. В.
С. Запасский, Б. П. Захарченя.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я