Nauczmy się razem zasad stosowania kryształów magnetooptycznych!

Wraz z rozwojem komunikacji optycznej i technologii laserów dużej mocy badania i zastosowanie izolatorów magnetooptycznych stały się coraz szersze, co bezpośrednio przyczyniło się do rozwoju materiałów magnetooptycznych, zwłaszczaKryształ magnetooptyczny. Wśród nich kryształy magnetooptyczne, takie jak ortorferryt pierwiastka ziem rzadkich, molibdenian pierwiastka ziem rzadkich, wolframian pierwiastka ziem rzadkich, granat itrowo-żelazowy (YIG), granat terbowo-aluminiowy (TAG), mają wyższe stałe Verdeta, co wskazuje na wyjątkowe zalety w zakresie wydajności magnetooptycznej i szerokie perspektywy zastosowania.

Efekty magnetooptyczne można podzielić na trzy typy: efekt Faradaya, efekt Zeemana i efekt Kerra.

Efekt Faradaya lub rotacja Faradaya, czasami nazywany magnetooptycznym efektem Faradaya (MOFE), to fizyczne zjawisko magnetooptyczne. Rotacja polaryzacji spowodowana efektem Faradaya jest proporcjonalna do rzutu pola magnetycznego wzdłuż kierunku propagacji światła. Formalnie jest to szczególny przypadek żyroelektromagnetyzmu uzyskiwany, gdy tensor stałej dielektrycznej jest ukośny. Kiedy wiązka płaskiego światła spolaryzowanego przechodzi przez ośrodek magnetooptyczny umieszczony w polu magnetycznym, płaszczyzna polaryzacji płaskiego światła spolaryzowanego obraca się z polem magnetycznym równolegle do kierunku światła, a kąt odchylenia nazywany jest kątem obrotu Faradaya.

Efekt Zeemana (/ˈzeɪmən/, holenderska wymowa [ˈzeːmɑn]), nazwany na cześć holenderskiego fizyka Pietera Zeemana, jest efektem podziału widma na kilka składowych w obecności statycznego pola magnetycznego. Jest podobny do efektu Starka, to znaczy widmo rozpada się na kilka składowych pod wpływem pola elektrycznego. Podobnie jak w przypadku efektu Starka, przejścia pomiędzy różnymi składowymi mają zwykle różną intensywność, a niektóre z nich są całkowicie zabronione (w przybliżeniu dipolowym), w zależności od reguł selekcji.

Efekt Zeemana to zmiana częstotliwości i kierunku polaryzacji widma generowanego przez atom na skutek zmiany płaszczyzny orbity i częstotliwości ruchu wokół jądra elektronu w atomie przez zewnętrzne pole magnetyczne.

. Wśród nich kryształy magnetooptyczne, takie jak ortorferryt pierwiastka ziem rzadkich, molibdenian pierwiastka ziem rzadkich, wolframian pierwiastka ziem rzadkich, granat itrowo-żelazowy (YIG), granat terbowo-aluminiowy (TAG), mają wyższe stałe Verdeta, co wskazuje na wyjątkowe zalety w zakresie wydajności magnetooptycznej i szerokie perspektywy zastosowania.

Ferryt ziem rzadkich ReFeO3 (Re jest pierwiastkiem ziem rzadkich), znany również jako ortoferryt, został odkryty przez Forestiera i in. w 1950 roku i jest jednym z najwcześniej odkrytych kryształów magnetooptycznych.

Ten typKryształ magnetooptycznyjest trudny do wzrostu w sposób kierunkowy ze względu na bardzo silną konwekcję stopu, silne oscylacje w stanie nieustalonym i wysokie napięcie powierzchniowe. Nie nadaje się do hodowli metodą Czochralskiego, a kryształy otrzymane metodą hydrotermalną i metodą współrozpuszczalnika charakteryzują się słabą czystością. Obecną stosunkowo skuteczną metodą wzrostu jest metoda optycznej strefy pływającej, dlatego trudno jest hodować wielkogabarytowe, wysokiej jakości monokryształy ortoferrytu pierwiastków ziem rzadkich. Ponieważ kryształy ortorferrytu pierwiastków ziem rzadkich mają wysoką temperaturę Curie (do 643 K), prostokątną pętlę histerezy i małą siłę koercji (około 0,2 emu/g w temperaturze pokojowej), mają potencjał do zastosowania w małych izolatorach magnetooptycznych, gdy transmitancja jest wysoka (powyżej 75%).

Spośród układów molibdenianów pierwiastków ziem rzadkich najlepiej zbadanymi są dwukrotny molibdenian typu scheelitu (ARe(MoO4)2, A jest jonem metalu ziem rzadkich), trzykrotny molibdenian (Ｒe2(MoO4)3), czterokrotny molibdenian (A2Re2(MoO4)4) i siedmiokrotny molibdenian (A2Ｒe4(MoO4)7).

Większość z nichKryształy magnetooptycznesą stopionymi związkami o tym samym składzie i można je hodować metodą Czochralskiego. Jednakże ze względu na ulatnianie się MoO3 w procesie wzrostu konieczna jest optymalizacja pola temperaturowego i procesu przygotowania materiału w celu ograniczenia jego wpływu. Problem defektów wzrostu molibdenianu pierwiastka ziem rzadkich w dużych gradientach temperatury nie został skutecznie rozwiązany i nie można osiągnąć wzrostu kryształów o dużych rozmiarach, dlatego nie można go stosować w wielkogabarytowych izolatorach magnetooptycznych. Ponieważ jego stała Verdeta i transmitancja są stosunkowo wysokie (ponad 75%) w paśmie widzialnym i podczerwonym, nadaje się do zminiaturyzowanych urządzeń magnetooptycznych.