„Magnetooptika” változatai közötti eltérés

átdolgozás, kiegészítés, források még
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
Grga (vitalap | szerkesztései)
átdolgozás, kiegészítés, források még
1. sor:
A '''magnetooptika''' azona fizikaifizika jelenségekazon összefoglaló neverészterülete, melyekbenami a [[Mágnesség|mágneses]] tulajdonságú anyag illetve a mágneses térben lévő anyag és az [[Elektromágneses sugárzás|elektromágneses hullám]] közötti kölcsönhatáskölcsönhatásokat játszik szerepetvizsgálja. LeggyakrabbanIde tartozik a mágneses [[Faraday-jelenségeteffektus]] és a [[magnetooptikai Kerr-effektust értjük ideeffektus]]. Ezek jellemzően a mágneses anyagokban jelen levő, kvázisztatikus mágneses terek és az elektromágneses hullám kölcsönhatásaiból származnak.
 
Először 1846-ban [[Michael Faraday|Faraday]] fedezte fel, hogy a ferromágneses anyagokon áthaladó fény polarizációja megváltozik.<ref>Michael Faraday: On the Magnetization of Light and the Illumination of Magnetic Lines of Force. Burndy Library. The Royal Society, London (1846)</ref> A jelenséget ezért róla nevezték el. 1877-ben [[John Kerr (fizikus)|John Kerr]] mágneses térben lévő kettőstörő kristályok felületéről visszaverődő fény polarizációs tulajdonságait vizsgálta.<ref>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.</ref> Később [[Jean Becquerel]] mágneses térbe helyezett paramágneses kristályokon áthaladó fény esetében tapasztalt hasonló jelenséget.<ref> 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) [http://www.dwc.knaw.nl/DL/publications/PU00015823.pdf]</ref> Azóta a magnetooptikai jelenségek mind a tudományos kutatásban, mind a gyakorlati alkalmazásokban nagy szerepet játszanak.<ref>Kézsmárki István: MAGNETO-OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA A MODERN SZILÁRDTESTKUTATÁSBAN – AVAGY A LÁTHATÓ MÁGNESSÉG, Magyar Tudomány, 2009. július [http://www.matud.iif.hu/2009/09jul/14b.htm]</ref>
Ilyen effektusok gyakori jellemzője, hogy bennük a fény terjedésére vonatkozóan lokálisan sérül az időtükrözési szimmetria, melyet a [[Maxwell-egyenletek|Maxwell-egyenlettel]] leírható jelenségekre általában figyelembe vehetünk. Az előző állítás paradoxonát az oldja fel, hogy az időtükrözési szimmetria sérülése csak lokális, azaz valójában akkor látjuk, ha csak a fény terjedését vizsgáljuk. A magnetooptikai hatásokban továbbá a [[Lorentz-reciprocitás]] (azaz hogy egy sugárzó oszcillátor és az általa keltett [[Elektromos mező|elektromos tér]] közötti viszony nem változik, ha a sugárzó helyét felcseréljük a mérés helyével) szintén sérül, mely kihasználható egyes alkalmazásokban, például [[Izolátor|izolátorok]], [[Cirkulátor|cirkulátorok]] kialakításához.
 
== A magnetooptikai Kerr-effektus ==
[[Fájl:NdFeB-Domains.jpg|thumb|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 (fizikus)|John Kerr]] skót fizikus által felfedezett magnetooptikai jelenség különbözik a szintén általa felfedezett elektrooptikai jelenségtől. Ez utóbbit hívják röviden [[Kerr-effektus]]nak.
A tapasztalatok szerint mágneses anyagok felületéről visszaverődő fény jellemzőit (fázisát, intenzitását) befolyásolja a felület mágneses jellege. Ezt nevezzük '''magnetooptikai Kerr-effektusnak''' (MOKE). A jelenség oka az, hogy az anizotrop mágneses anyagokban irányfüggő a permittivitás (más néven az <math>\varepsilon</math>dielektromos állandó), így a fény terjedési sebessége az egyes irányokban más és más lesz. A terjedési sebesség (vagyis az elektromágneses hullám adott irányban érvényes fázissebessége):
 
A tapasztalatok szerint a mágneses anyagok felületéről visszaverődő fény elektromostérerősségének nagyságát és fázisát befolyásolja a felület mágneses jellege. Ezt nevezzük [[magnetooptikai Kerr-effektus]]nak (MOKE). A jelenség oka az, hogy az anizotrop mágneses anyagokban a dielektromos állandó (permittivitás, <math>\varepsilon</math>) irányfüggő. A <math>\mu</math> [[permeabilitás]]sal jellemezhető mágneses tulajdonságú anyagokban a fény terjedését jellemző fázissebesség a következő összefüggéssel adható meg:<ref>Budó Ágoston: Kísérleti Fizika II. Elektromosságtan és mágnességtan Tankönyvkiadó 1991 ISBN 963-17-2288-0</ref><ref>Budó Ágoston: Kísérleti Fizika II. Elektromosságtan és mágnességtan [http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/2011_0001_519_04292_2_Fizika2/ch02.html]</ref>
<math>v_p = \frac{1}{\sqrt{\mu \varepsilon}}</math>.
 
:<math>v_p = \frac{1}{\sqrt{\mu \varepsilon}}</math>.
Ha ez a sebesség különböző irányokban különböző, akkor egy általános irány mentén terjedő hullám komponensei eltolódnak egymástól, köztük az anyagon való áthaladás közben fáziskülönbség lép fel. A hatás függ a hullám terjedési irányától és az anyag mágneses doménjainek állásától, ezt használja ki a Kerr-mikroszkóp, mely segítségével a mágneses doménekről alkothatunk képet.
 
HaÍgy eza dielektromos állandó irányfüggése miatt a sebességfény különbözőterjedési sebessége az egyes irányokban különböző,más akkorés egymás általánoslesz. irányMivel menténa különböző irányokban terjedő hullámhullámkomponensek komponenseikülönböző eltolódnaksebességgel egymástólhaladnak, köztük az anyagon való áthaladás közben fáziskülönbség lép fel. A hatás függ a hullám terjedési irányától és az anyag mágneses doménjainekdoménjeinek állásától, ezt használja ki a Kerr-mikroszkóp, mely segítségével a mágneses doménekről alkothatunk képet.
Az általános irányfüggő hatás egyes alapesetekben egyszerű összefüggésekkel megadható.
 
{{horgony|Faraday-effektus}}
== Faraday-effektus ==
[[Fájl:Faraday-effect.svg|300px|thumb|A polarizált fény polarizációsíkjának lefordulása 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 soránkövetkeztében egy mágneses anyagban terjedő fény polarizációs síkja a mégnesesmágneses tér hatására eltérülelfordul. Az eltérüléselfordulás mértéke első közelítésben lineárisan függ a fény terjedésének irányába eső mágnesestér-komponens nagyságától. A <math>\beta</math> szögelfordulás a következő összefüggéssel adható meg:
:<math>\beta = \nu B d</math>, ahol
[[Fájl:Faraday-effect.svg|thumb|A Faraday-effektus összefüggését megadó mennyiségek.]]
A tapasztalt polarizációssík-elhajlás egy szemléletes értelmezésében a polarizált hullámot két, ellentétes irányba forgó cirkulárisan polarizált sugár szuperpozíciójaként fogjuk fel. Az ellentétesen forgó polarizációjú komponensekre a külső mágneses tér hatására más fázissebesség lesz érvényes, így ezek szuperporíciója az anyagon áthaladva már nem síkban poláros, hanem lassan változó cirkuláris hullám lesz. A közeg méretéből és a fáziskülönbségből következtetni lehet az adott mágneses domén mágneses térerősségére.
 
ahol <math>\nu</math> az anyagra jellemző [[Verdet-állandó]], <math>B</math> a közegben érvényes [[mágneses indukció]], <math>d</math> a közeg azon vastagsága, melyen az elektromágneses hullám áthalad.
A polarizációs sík <math>\beta</math> szögelhajlása első közelítésben egyszerű összefüggéssel megadható:
 
A tapasztalt polarizációssíkpolarizációsík-elhajláselfordulás egy szemléletes értelmezésében a polarizált hullámot két, ellentétes iránybajobbra forgóés balra – cirkulárisan polarizált sugár szuperpozíciójaként fogjuk fel. Az ellentétesen forgó polarizációjú komponensekrekomponenseknek a külső mágneses tér hatásárajelenlétében máskülönbözik fázissebességa lesz érvényesfázissebessége, így ezek szuperporíciójaszuperpozíciója az anyagon áthaladva már nemegy más síkban poláros, hanem lassan változó cirkuláris hullám lesz. A közeg méretéből és a fáziskülönbségbőlmérhető polarizációsík elfordulásból következtetni lehet az adott mágneses domén mágneses térerősségérejellemzőire.
<math>\beta = \nu B d</math>,
 
==A Faraday-effektus és az időtükrözés==
ahol <math>\nu</math> az anyagra jellemző [[Verdet-állandó]], <math>B</math> a közegben érvényes [[mágneses indukció]], <math>d</math> a közeg azon vastagsága, melyen az elektromágneses hullám áthalad.
A Faraday-effektusban lokálisan nem teljesül az [[időtükrözés|időtükrözési szimmetria]] (azaz, ha csak a hullámotfényhullámot tekintjük). Például, ha egy anyagban a Faraday-effektus hatására egy fényhullám polarizációs síkja adott szöggel térül elváltozik, a visszafelé indított hullám polarizációs síkja nem ezzel ellentett szögelhajlást szenvedellenkező, a szögelhajláshanem azonos irányúirányba leszfordul el. Ez a hatás olyan alkalmazásokhozalkalmazásokat vezettesz lehetővé, mint a Faraday-hatáson alapuló izolátorok[[optikai izolátor]]ok és [[optikai cirkulátor|cirkulátorok]], melyek például a mikrohullámúmai optoelektronikai technológiában igen fontos elemek.
 
A Faraday-effektusban lokálisan nem teljesül az időtükrözés (azaz ha csak a hullámot tekintjük). Például ha egy anyagban a Faraday-effektus hatására egy fényhullám polarizációs síkja adott szöggel térül el, visszafelé indított hullám polarizációs síkja nem ezzel ellentett szögelhajlást szenved, a szögelhajlás azonos irányú lesz. Ez a hatás olyan alkalmazásokhoz vezet, mint a Faraday-hatáson alapuló izolátorok és cirkulátorok, melyek például a mikrohullámú technológiában igen fontos elemek.
 
== Források ==
{{jegyzetek }}
* {{CitLib|szerző= Budó Ágoston |cím= Kísérleti Fizika II. |alcím= Elektromosságtan és mágnességtan |hely= Budapest |kiadó= Tankönyvkiadó |év= 1968 |isbn= }}
 
[[Kategória:Fizika]]