بیایید با هم اصل کاربرد مواد کریستال نوری مغناطیسی را بیاموزیم!

با توسعه ارتباطات نوری و فناوری لیزر پرقدرت، تحقیقات و استفاده از جداسازهای مغناطیسی نوری بیش از پیش گسترده شده است که به طور مستقیم توسعه مواد مغناطیسی نوری به ویژه را ارتقا داده است.کریستال نوری مغناطیسی. در میان آنها، کریستال های مغناطیسی نوری مانند ارتوفریت خاکی کمیاب، مولیبدات خاکی کمیاب، تنگستات خاکی کمیاب، گارنت آهن ایتریم (YIG)، گارنت آلومینیوم تربیوم (TAG) دارای ثابت های Verdet بالاتری هستند که مزایای عملکرد مغناطیسی-اپتیکی منحصر به فرد و چشم انداز کاربرد گسترده ای را نشان می دهند.

اثرات مغناطیسی نوری را می توان به سه نوع تقسیم کرد: اثر فارادی، اثر زیمن و اثر کر.

اثر فارادی یا چرخش فارادی که گاهی به آن اثر مغناطیسی نوری فارادی (MOFE) گفته می شود، یک پدیده فیزیکی مغناطیسی نوری است. چرخش پلاریزاسیون ناشی از اثر فارادی متناسب با پیش بینی میدان مغناطیسی در امتداد جهت انتشار نور است. به طور رسمی، این یک مورد خاص از ژیروالکترومغناطیس است که زمانی به دست می آید که تانسور ثابت دی الکتریک مورب باشد. هنگامی که یک پرتو نور پلاریزه صفحه از یک محیط مغناطیسی نوری قرار گرفته در یک میدان مغناطیسی عبور می کند، صفحه پلاریزاسیون نور پلاریزه صفحه با میدان مغناطیسی موازی با جهت نور می چرخد ​​و زاویه انحراف را زاویه چرخش فارادی می نامند.

اثر زیمن (/ˈzeɪmən/، تلفظ هلندی [ˈzeːmɑn])، که به افتخار فیزیکدان هلندی پیتر زیمن نامگذاری شده است، اثر تقسیم شدن طیف به چندین جزء در حضور یک میدان مغناطیسی ساکن است. این شبیه به اثر استارک است، یعنی طیف تحت تأثیر میدان الکتریکی به چندین جزء تقسیم می شود. همچنین مشابه اثر استارک، انتقال بین اجزای مختلف معمولاً دارای شدت های متفاوتی است و برخی از آنها بسته به قوانین انتخاب کاملاً ممنوع هستند (تحت تقریب دوقطبی).

اثر زیمن تغییر در فرکانس و جهت قطبش طیف تولید شده توسط اتم به دلیل تغییر صفحه مداری و فرکانس حرکت حول هسته الکترون در اتم توسط میدان مغناطیسی خارجی است.

اثر کر که به عنوان اثر الکترواپتیک ثانویه (QEO) نیز شناخته می شود، به پدیده ای اشاره دارد که ضریب شکست یک ماده با تغییر میدان الکتریکی خارجی تغییر می کند. اثر کر با اثر پوکلز متفاوت است زیرا تغییر ضریب شکست القایی متناسب با مربع میدان الکتریکی است نه تغییر خطی. همه مواد اثر کر را نشان می دهند، اما برخی مایعات آن را قوی تر از بقیه نشان می دهند.

فریت خاکی کمیاب ReFeO3 (Re یک عنصر خاکی کمیاب است)، همچنین به عنوان ارتوفریت شناخته می شود، توسط Forestier و همکارانش کشف شد. در سال 1950 و یکی از اولین بلورهای نوری مغناطیسی کشف شده است.

این نوع ازکریستال نوری مغناطیسیبه دلیل همرفت مذاب بسیار قوی، نوسانات شدید غیر پایدار و کشش سطحی بالا، رشد جهت دار آن دشوار است. برای رشد با روش Czochralski مناسب نیست و کریستال های به دست آمده با روش هیدروترمال و روش حلال مشترک دارای خلوص ضعیفی هستند. روش رشد نسبتا مؤثر فعلی، روش ناحیه شناور نوری است، بنابراین رشد تک بلورهای ارتوفریت خاکی کمیاب با اندازه بزرگ و با کیفیت بالا دشوار است. از آنجایی که کریستال‌های ارتوفریت خاکی کمیاب دمای کوری بالایی دارند (تا 643 کلوین)، یک حلقه پسماند مستطیلی و یک نیروی اجباری کوچک (حدود 0.2emu/g در دمای اتاق)، آنها پتانسیل استفاده در جداسازهای نوری مغناطیسی کوچک را در زمانی که ضریب عبور زیاد است (بالاتر از 75%) دارند.

در میان سیستم‌های مولیبدیت خاکی کمیاب، بیشترین مورد مطالعه عبارتند از مولیبدیت دو برابری نوع شیلیت (ARe(MoO4)2، A یک یون فلزی خاکی غیر کمیاب است)، مولیبدیت سه برابر (Ｒe2(MoO4)3)، مولیبدات چهار برابر (A2Re4ly)(MoO-4) (A2Ｒe4(MoO4)7).

اکثر اینهاکریستال های نوری مغناطیسیترکیبات مذاب از یک ترکیب هستند و می توان آنها را به روش Czochralski کشت داد. با این حال، به دلیل تبخیر شدن MoO3 در طول فرآیند رشد، لازم است که میدان دما و فرآیند آماده‌سازی مواد برای کاهش تأثیر آن بهینه شود. مشکل نقص رشد مولیبدات خاکی کمیاب تحت گرادیان های دمایی زیاد به طور موثر حل نشده است و رشد کریستال های بزرگ نمی تواند به دست آید، بنابراین نمی توان از آن در جداسازهای مغناطیسی نوری با اندازه بزرگ استفاده کرد. از آنجایی که ثابت Verdet و ضریب عبور آن در باند مرئی-مادون قرمز نسبتاً زیاد است (بیش از 75٪)، برای دستگاه های مغناطیسی نوری کوچک مناسب است.