Voigt effekti

Воигт эффекти магнито-оптик ҳодиса бо'либ, оптик фаол муҳитга тушган чизиқли қутбланган ёруг'ликнинг доиравий ёки эллиптик қутбланиб қолиш ҳодисасидир. [1] Магнитланишга (ёки магнитланмаган материал учун қо'лланиладиган магнит майдонга ) чизиқли бог'лиқ бо'лган Керр ёки Фарадай эффекти каби бошқа ко'плаб магнито-оптик эффектлардан фарқли о'лароқ, Воигт эффекти магнитланиш (ёки магнит майдон) квадратига пропорсионалдир ва нормал шароитда экспериментал равишда кузатиш мумкин. Адабиётларда бу эффеэктнинг бир нечта ҳоллари мавжудлиги айтилади ва улар қуйидагилардир: Коттон-Моутон эффекти (франсуз олимлари Аиме Коттон ва Анри Моутон шарафига), Воигт эффекти (немис олими Волдемар Воигт шарафига) ва ёруг'ликнинг чизиқли иккиланиб синиши. Воигт эффекти магнитланиш векторига ёки магнит майдонга параллел( ) ва перпендикуляр ) синдириш ко'рсаткичига эга бо'лган муҳитда ёруг'ликнинг иккиланиб синишидир.
Чизиқли қутбланган электромагнит то'лқин учун ва ясси қутбланган то'лқин учун , акс эттириш геометриясида айланиш ифодаси бу:ва трансмиссион геометрияда:бу ерда Воигт параметри ( (Керр эффекти билан бир хил))га қараб синдириш ко'рсаткичларининг фарқидир, материалнинг синдириш ко'рсаткичи ва Воигт эффектига бог'лиқ бо'лган параметр ва парамагнит материалларда ёки га пропорсионалдир.
Батафсил ҳисоб-китоб ва расм қуйидаги бо'лимларда келтирилган.
Назария

Бошқа магнито-оптик эффектларда бо'лгани каби, назария тизимнинг о'зига хос қийматлари ва хос векторларини ҳисоблайдиган самарали диэлектрик тенсордан фойдаланган ҳолда стандарт усулда ишлаб чиқилган. Одатдагидек, бу тенсорда магнито-оптик ҳодисалар асосан диагоналдан ташқари элементлар билан тавсифланади.
з ё'налиши бо'йича тарқаладиган ҳодиса тушувчи то'лқин қутбланиши ко'риб чиқайлик: электр майдони ва бир хил текисликда магнитланган ҳол учун , бу ерда [100] кристаллографик ё'налишдан ҳисобланади., бу ерда - ёруг'ликнинг магнитланиш билан бог'ланиши туфайли қутбланишнинг айланишии. экспериментал равишда аниқланган мрад (милирадиан) тартибининг кичик миқдоридир. бу формуладан аниқланган камайган магнитланиш векторидир, бу ерда то'йинганликдаги магнитланиш. Биз ёруг'ликнинг тарқалиш вектори магнитланиш текислигига перпендикуляр бо'лганлиги сабабли Воигт эффектини ко'риш мумкинлигини та'кидладик.
Диэлектрик тензор
Ҳубертнинг иқтибосидан со'нг, [2] умумлаштирилган диэлектрик кубик тенсор қуйидаги шаклни олди:бу ерда материалнинг диэлектрик сингдирувчанлиги, Воигт параметри, ва лар га қараб магнито-оптик эффектни тавсифловчи икки кубик константа. эса камайишни ифодалайди. Ҳисоблаш сферик яқинлашувда амалга оширилади . Айни пайтда, бу яқинлашув ҳақиқий эмаслиги ҳақида ҳеч қандай далил ё'қ, чунки Воигт эффектини кузатиш камдан-кам учрайди, чунки у Керр эффектига нисбатан жуда кичикдир.
Хусусий қийматлар ва хос векторлар
Хусусий қийматлар ва хос векторларни ҳисоблаш учун биз Максвелл тенгламаларидан олинган тарқалиш тенгламасини конвенсия билан ко'риб чиқамиз. :Магнитланиш то'лқин вектори тарқалишига перпендикуляр бо'лса, Керр эффектидан фарқли о'лароқ, унинг барча учта компоненти нолга тенг бо'лиши мумкинлиги ҳисоб-китобларни анча мураккаблаштиради ва бунда Френнел тенгламалари амал қилмайди. Муаммони соддалаштиришнинг бир усули - электр майдони о'рнига электр майдон индуксия вектори дан фойдаланиш. ва бо'лганлигидан келиб чиқади-ки . Ноқулай нарса эса тескари диэлектрик тензор билан ишлаш. Бу ерда ҳисоблаш математик жиҳатдан мураккаб бо'лган умумий ҳолатда амалга оширилади, аммо бо'лган ҳолда ко'риб чиқиш орқали осонгина ко'зланган натижага эришишимиз мумкин. .
Хусусий қийматлар ва хос векторлар нома'лум бо'лгантарқалиш тенгламасини ечиш орқали топилади. Бу қуйидаги тенгламалар тизимини беради:бу ерда инверсияни ифодалайди, лар диэлектрик тензор элементи, ва . Тизим детерминантини то'г'ридан-то'г'ри ҳисоблаб чиққандан со'нг, ни 2-тартибда ва ни биринчи тартиб да ишлаб чиқиш керак. Бу иккита синдириш ко'рсаткичларига мос келадиган иккита хусусий қийматга олиб келади: ва учун тегишли хос векторлар қуйидагилар:
\веc{Э}_{\параллел}= \варепсилон^{-1} \веc{Д}_{\параллел}= \бегин{пматрих} \фраc{\cос(\пҳи)}{Б_1+\варепсилон}\\ \фраc{\син(\пҳи)}{Б_1+\эпсилон}\\ 0 \энд{пматрих} \ққуад \веc{Э}_{\перп}= \варепсилон^{-1} \веc{Д}_{\перп}= \бегин{пматрих} \фраc{\син(\пҳи)}{(Қ^{2}-1)\эпсилон}\\ \фраc{\cос(\пҳи)}{(1-Қ^{2})\эпсилон}\\ \фраc{-и Қ}{(1-Қ^{2})\эпсилон} \энд{пматрих}}
Акслантириш геометрияси
Давомийлик муносабати
Материал ичидаги хос векторлар ва хос қийматларни билиш учун одатда тажрибаларда аниқланадиган акслантирилган электромагнит вектор ни ҳисоблаш керак. Бунда ва учун узлуксизлик тенгламаларидан фойдаланамиз, бу ерда - Максвелл тенгламаларидан орқали аниқланган индуксия . Муҳит ичида электромагнит майдон олинган хос векторларда қисмларга ажралади:. Ечиш учун тенгламалар тизими:
\алпҳа \Биг(\фраc{Д_{й\параллел}}{н_{\параллел}}\Биг)+\бета \Биг(\фраc{Д_{й\перп}}{н_{\перп}}\Биг) + Э_{рй} = Э_{0й}\\ \\ \алпҳа \Биг(\фраc{Д_{х\параллел}}{н_{\параллел}}\Биг) +\бета \Биг(\фраc{Д_{х\перп}}{н_{\перп}}\Биг) + Э_{рх} = Э_{0х}\\ \\ \алпҳа Э_{х\параллел}+\бета Э_{х\перп}-Э_{рх} = Э_{0х} \\ \\ \алпҳа Э_{й\параллел}+\бета Э_{й\перп}-Э_{рй} = Э_{0й}
\энд{cасес}}Ушбу тенгламалар тизимининг ечими:
Бурилиш бурчагини ҳисоблаш
Айланиш бурчаги ва эллиптиклик бурчаги га нисбатдан қуйидаги иккита формула билан аниқланади:бу ерда ва нинг ҳақиқий ва мавҳум қисмини ифодалайди. Олдиндан ҳисобланган иккита компонентдан фойдаланиб қуйидагилар олинади:Бу Воигт айланишининг ҳолатда ҳам қайта ёзилиши мумкин бо'лган қуйидаги формуласини беради: , ва ҳақиқий:бу ерда синдириш ко'рсаткичларининг фарқидир. Бинобарин, га пропорсионал нарсага эришамиз ва бу ҳодиса чизиқли қутбланишга бог'лиқ. То'г'ри учун ҳеч қандай Воигт айланиши кузатилмайди. ва дан келиб чиқиб магнитланиш квадратига пропорционалдир.
Трансмиссия геометрияси
Трансмиссиядаги Воигт эффектининг айланишини ҳисоблаш принципиал жиҳатдан Фарадай эффектининг бирига эквивалент. Амалда, бу конфигурация умуман ферромагнит намуналар учун қо'лланилмайди, чунки бундай турдаги материалларда ютилиш узунлиги кичикдир. Бироқ, ёруг'лик материал ичида осонгина ҳаракатланиши мумкин бо'лган парамагнит суюқлик ёки кристалл учун трансмиссия геометриясидан фойдаланиш ко'проқ тарқалган.
Парамагнит материалдаги ҳисоблашлар ферромагнит билан бир хил, фақат магнитланиш майдон билан алмаштирилади. ( ичида ёки ). Қулайлик учун, магнито-оптик параметрларда ҳисоблагандан со'нг майдон қо'шилади.
Л узунликдаги муҳит орқали о'тган электромагнит то'лқинлар ни ко'риб чиқайлик. (5) тенгламадан ва учун қуйидагилар олинади:з = Л бо'лан ҳолда нинг ифодаси:бу ерда ва юқорида ҳисобланган хос векторлардир ва икки синдириш ко'рсаткичлари фарқидир. Кейин айланиш нисбат орқали, ортиб бориш тартибида биринчи тартибли ва иккинчи тартибли га нисбатан ҳисоблаб чиқилади. Бундан:Биз яна ва -ёруг'ликнинг тарқалиш узунлигига пропорсионал нарсани оламиз. ко'рсаткич га пропорсионалдир. Воигт айланишини олиш учун биз , ва ҳақиқий қисмларни ко'риб чиқамиз. Кейин (14) нинг ҳақиқий қисмини ҳисоблашимиз керак. Кейин олинган ифода (8) га олиб бориб қо'йилади. Ютилиш нолга яқинлашганда, трансмиссия геометриясида Воигт айланиши учун қуйидагилар олинади:
ГаМнАс-да Воигт эффектининг тасвири


Воигт эффектини қо'ллаш мисоли сифатида магнит ярим о'тказгичда (Га,Мн)Ас катта Воигт эффекти кузатилган. [3] Паст ҳароратларда (умуман ) текисликдаги магнитланишга эга бо'лган материал учун (Га,Мн)Ас магнитланиш <100> (ёки унга яқин) ё'налишларда икки о'қли анизотропияни ко'рсатади.
Воигт эффектини о'з ичига олган одатий гистерезис сикли 1-расмда ко'рсатилган. Бу сикл [110] йўналиши бўйлаб тушиш бурчаги тахминан 3° бўлган чизиқли қутбланган нурни юбориш (батафсилроқ маълумотни [4] дан топиш мумкин) ва акс эттирилган ёруғликнинг магнито-оптик таъсири туфайли айланишни ўлчаш йўли билан олинган. Кенг тарқалган бо'йланма / қутбли Керр эффектидан фарқли о'лароқ, гистерезис сикли магнитланишга нисбатан пропорсионалдир, бу Воигт эффектининг белгисидир. Бу сикл нормалга жуда яқин ёруг'лик тушиши билан олинган ва у ҳам кичик г'айриоддий қисмини ко'рсатади; Воигт эффектига мос келадиган гистерезиснинг симметрик қисмини ва бо'йлама Керр эффектига мос келадиган ассиметрик қисмини ажратиб олиш учун то'г'ри ҳаракат қилиш керак.
Бу ерда келтирилган гистерезис ҳолатида майдон [1-10] ё'налиши бо'йлаб қо'лланилган. Коммутация механизми қуйидагича:
- Биз юқори манфий майдондан бошлаймиз ва магнитланиш 1-позицияда [-1-10] ё'налишига яқин.
- Магнит майдоннинг қисқариши 1 дан 2 гача бо'лган когерент магнитланиш айланишига олиб келади
- Мусбат майдонда магнитланиш магнит доменларнинг ядроланиши ва тарқалиши орқали 2-дан 3-га мажбурий равишда о'тади, бу ерда биринчи мажбурий майдон пайдо бо'лади.
- Магнитланиш 3-ҳолатига яқин бо'либ, қо'лланиладиган майдон ё'налишидан яқинроқ бо'лган ҳолда 4-ҳолатга изчил айланади.
- Яна магнитланиш магнит доменларнинг ядроланиши ва тарқалиши билан кескин равишда 4 дан 5 га о'тади. Бу о'тиш якуний мувозанат ҳолати 5-ҳолатдан 4-ҳолатга нисбатан яқинроқ бо'лганлиги билан бог'лиқ (ва шунинг учун унинг магнит энергияси пастроқ). Бу бошқа мажбурий майдон ни беради.
- Ниҳоят, магнитланиш 5-ҳолатдан 6-ҳолатга изчил айланади.
Ушбу жараённинг симуляцияси 2-расмда келтирилган.Ко'риниб турибдики, симуляция қилинган гистерезис тажрибага нисбатан сифат жиҳатидан бир хил. Э'тибор беринг, амплитуда ёки нинг тахминан икки баробарига тенг
Шунингдек қаранг
Манбалар
- ↑ Звездин, Анатолй Константинович (1997), Тайлор & Франcис Гроуп (муҳ.), Модерн магнето-оптиcс анд магнето-оптиcал материалс : Студиэс ин Cонденсед Маттер (энглиш), ИСБН 978-0-7503-03620
{{cитатион}}: CС1 маинт: унреcогнизед лангуаге (). - ↑ Ҳуберт, Алех (1998), Спрингер (муҳ.), Магнетиc домаинс (энглиш), ИСБН 978-3-540-85054-0
{{cитатион}}: CС1 маинт: унреcогнизед лангуаге () - ↑ Кимел (2005). "Обсерватион оф Гиант Магнетиc Линеар Дичроисм ин (Га,Мн)Ас". Пҳйсиcал Ревиэw Леттерс 94 (22): 227203. дои:10.1103/пҳйсревлетт.94.227203. ПМИД 16090433..
- ↑ Шиҳаб (2015). "Сйстематиc студй оф тҳе спин стиффнесс депенденcе он Пҳоспҳорус аллойинг ин (Га,Мн)Ас ферромагнетиc семиcондуcтор". Апплиэд Пҳйсиcс Леттерс 106 (14): 142408. дои:10.1063/1.4917423. ҳттпс://ҳал.арчивес-оувертес.фр/ҳал-01416609/филе/Эчанге%20помпе%20сонде%20АПЛ15.пдф.
Ко'проқ ма'лумот учун
- Чжао, Чжунг-Қуан. Эхcитед стате атомиc лине филтерс (Wайбаcк Мачине сайтида 2011-07-11 санасида архивланган). 2006 йил 26 мартда олинди.