Naučimo se skupaj o principu uporabe magnetno optičnih kristalnih materialov!

Z razvojem optične komunikacije in visokozmogljive laserske tehnologije postajajo raziskave in uporaba magnetnooptičnih izolatorjev vedno bolj obsežne, kar neposredno spodbuja razvoj magnetnooptičnih materialov, zlastiMagneto optični kristal. Med njimi imajo magnetno-optični kristali, kot so redkozemeljski ortoferit, redkozemeljski molibdat, redkozemeljski volframat, itrijev železov granat (YIG), terbijev aluminijev granat (TAG), višje Verdetove konstante, kar kaže na edinstvene prednosti magnetooptične učinkovitosti in široke možnosti uporabe.

Magnetno-optične učinke lahko razdelimo na tri vrste: Faradayev učinek, Zeemanov učinek in Kerrov učinek.

Faradayev učinek ali Faradayeva rotacija, včasih imenovan magnetno-optični Faradayev učinek (MOFE), je fizični magnetno-optični pojav. Rotacija polarizacije, ki jo povzroča Faradayev učinek, je sorazmerna s projekcijo magnetnega polja vzdolž smeri širjenja svetlobe. Formalno je to poseben primer žiroelektromagnetizma, ki ga dobimo, ko je tenzor dielektrične konstante diagonalen. Ko gre žarek ravno polarizirane svetlobe skozi magnetno-optični medij, postavljen v magnetno polje, se polarizacijska ravnina ravno polarizirane svetlobe vrti z magnetnim poljem vzporedno s smerjo svetlobe, odklonski kot pa se imenuje Faradayev rotacijski kot.

Zeemanov učinek (/ˈzeɪmən/, nizozemska izgovorjava [ˈzeːmɑn]), poimenovan po nizozemskem fiziku Pietru Zeemanu, je učinek razcepa spektra na več komponent v prisotnosti statičnega magnetnega polja. Podobno je Starkovemu učinku, to je, da se spekter pod delovanjem električnega polja razdeli na več komponent. Tudi podobno kot pri Starkovem učinku imajo prehodi med različnimi komponentami navadno različne intenzivnosti, nekateri pa so popolnoma prepovedani (v dipolnem približku), odvisno od izbirnih pravil.

Zeemanov učinek je sprememba frekvence in smeri polarizacije spektra, ki ga ustvari atom zaradi spremembe orbitalne ravnine in frekvence gibanja okoli jedra elektrona v atomu zaradi zunanjega magnetnega polja.

Kerrov učinek, znan tudi kot sekundarni elektrooptični učinek (QEO), se nanaša na pojav, da se lomni količnik materiala spreminja s spremembo zunanjega električnega polja. Kerrov učinek se razlikuje od Pockelsovega učinka, ker je inducirana sprememba lomnega količnika sorazmerna s kvadratom električnega polja in ne linearna sprememba. Vsi materiali kažejo Kerrov učinek, vendar ga nekatere tekočine kažejo močneje kot druge.

Redki zemeljski ferit ReFeO3 (Re je redkozemeljski element), znan tudi kot ortoferit, so odkrili Forestier et al. leta 1950 in je eden najzgodnejših odkritih magnetno optičnih kristalov.

Ta vrstaMagneto optični kristaltežko raste v smeri zaradi zelo močne konvekcije taline, hudih nihanj v nestalnem stanju in visoke površinske napetosti. Ni primeren za rast z metodo Czochralskega, kristali, pridobljeni s hidrotermalno metodo in metodo sotopila, pa imajo slabo čistost. Trenutna razmeroma učinkovita metoda rasti je metoda optične lebdeče cone, zato je težko gojiti velike, visokokakovostne monokristale ortoferita redkih zemelj. Ker imajo redki zemeljski ortoferitni kristali visoko Curiejevo temperaturo (do 643 K), pravokotno histerezno zanko in majhno prisilno silo (približno 0,2 emu/g pri sobni temperaturi), jih je mogoče uporabiti v majhnih magnetno-optičnih izolatorjih, ko je prepustnost visoka (nad 75 %).

Med redkimi zemeljskimi molibdatnimi sistemi so najbolj raziskani dvojni molibdat šeelitnega tipa (ARe(MoO4)2, A je ion neredke zemeljske kovine), trikratni molibdat (Ｒe2(MoO4)3), štirikratni molibdat (A2Re2(MoO4)4) in sedemkratni molibdat (A2Ｒe4(MoO4)7).

Večina tehMagneto optični kristaliso staljene spojine enake sestave in jih je mogoče gojiti po metodi Czochralskega. Vendar pa je zaradi izhlapevanja MoO3 med procesom rasti potrebno optimizirati temperaturno polje in postopek priprave materiala, da se zmanjša njegov vpliv. Problem napak pri rasti molibdata redkih zemelj pod velikimi temperaturnimi gradienti ni bil učinkovito rešen in ni mogoče doseči rasti kristalov velike velikosti, zato ga ni mogoče uporabiti v magnetno-optičnih izolatorjih velikih velikosti. Ker sta njegova Verdetova konstanta in prepustnost razmeroma visoki (več kot 75 %) v vidnem infrardečem pasu, je primeren za miniaturizirane magnetooptične naprave.