ファラデー現象。 ファラデー効果とその用途

ファラデー効果は、磁場がゼロに等しくない物質を平面偏光が通過すると、偏光面の回転が発生するという事実にあります。 明らかに、ファラデー効果は透明な媒体の研究にのみ使用できます。 ドメイン構造を研究する場合、非常に薄い透明強磁性膜に適用できます。

分極面の回転方向は、ドメイン内の磁化の方向に依存します。 反平行ドメインを持つ構造を調べる場合、偏光子と検光子が磁化方向の 1 つのドメインに対して交差している場合、つまり これらのドメインからの光は通過せず、反対の磁化方向のドメインでは、偏光面の回転方向が異なるため、光はアナライザーを通過します。 したがって、ドメイン構造は、反対の磁化のドメインの暗いバンドと明るいバンドの形で表示されます。

ここでは、粉体像法のようにドメイン間の境界ではなく、ドメインそのものが現れているのが特徴です。

図 1.13 は、ファラデー効果を使用して明らかにされた、厚さ 500 Å の強磁性膜の磁区構造の写真を示しています。

図 1.13. ファラデー効果を用いて明らかにした強磁性薄膜のドメイン構造。

偏光面の回転角度は、次の式を使用して計算できます。

どこ dは物質における光の道であり、 ひは磁場強度、 Ⅴはベルデ定数で、光の周波数、物質の性質、および温度に依存します。 エルステッドとセンチメートルで割ったアーク分 (min/E·cm) でベルデ定数を測定するのが通例です。 光学産業における金額別 Ⅴガラスの組成を決定します。

回転方向、つまり サイン Ⅴ磁場の方向に依存し、光の伝播方向には関係ありません。 したがって、ファラデー回転は、通常、偏光面が時計回り (右) に回転する場合、視野全体を見渡す観察者にとって正であると見なされます。

明らかに、現象学的観点から、ファラデー効果は、自然の活動との類推により、屈折率が n+ と n- 左右の円偏光の場合、光学的に不活性な物質を磁場に置くと、それらは異なります。 ファラデー効果の詳細な解釈は、量子の概念に基づいてのみ可能です。 この現象の特定のメカニズムは、物質が異なれば、またスペクトルの領域が異なれば多少異なる場合があります。 ただし、古典的な概念の観点からは、ファラデー効果は常に周波数の実体の分散への影響に関連付けられています。 、これにより、光電子は磁場の方向の周りでラーモア歳差運動を実行し、分散の古典理論に基づいて取得できます。 スペクトルの可視領域の誘電体では、分散は束縛電子によって決定されます。束縛電子は、光波の電界の作用下で強制振動を実行します。 物質は、そのような古典的な振動子のセットと見なされます。 次に、左円偏波と右円偏波の電子の運動方程式を別々に作成して解くと、次の形式で偏波面の回転角度の式を取得できます。

ここ eは電子の電荷であり、 メートルは電子の質量、 Nは電子濃度、ωは光の周波数、 と- 真空中の光速、ω 0 - 振動子の固有振動数。

カー顕微鏡を使用すると、より高い解像度 (最大 100 nm) を実現できます。 このような顕微鏡では、光ビームの偏光面の回転は、磁気光学結晶が通過するときではなく、キャリアの作業面から直接反射されるときに発生します。 ただし、カー顕微鏡を使用して得られた画像はコントラストが低く、装置のコストがはるかに高くなるため、実際には、フェライト ガーネット フィルムの磁気光学イメージングは​​、磁性キャリアの研究によく使用されます。

問題解決に最も近いのは、磁場を可視化する方法で、透明基板上にビスマスを含む単結晶フェライトガーネット膜を成膜した光磁気変換素子を磁場中に置き、記録する方法です。磁気光学ファラデー効果を使用して、その領域全体の磁化ベクトルの分布。 不均一な磁場を視覚化するには、顕微鏡またはコンピューター画面で、漂遊磁場のパターンを表示するインジケーター磁性膜に現れる光磁気画像を観察するだけで十分です。 このような画像には、磁場の分布 (パターン) に関する定性的 (間接的な) 情報が含まれており、磁気マークの識別に使用できます。

今日まで、フェライト ガーネットの Bi 含有膜が知られており、不均一な磁場の可視化に既に成功裏に使用されています。 Bi は、偏光面の大きな光磁気回転 (ファラデー効果) を提供し、したがって、高い画像コントラストを提供します。

ファラデー効果は、磁場がゼロに等しくない物質を平面偏光が通過すると、偏光面の回転が発生するという事実にあります。 明らかに、ファラデー効果は透明な媒体の研究にのみ使用できます。 ドメイン構造を研究する場合、非常に薄い透明強磁性膜に適用できます。

分極面の回転方向は、ドメイン内の磁化の方向に依存します。 反平行ドメインを持つ構造を調べる場合、偏光子と検光子が磁化方向の 1 つのドメインに対して交差している場合、つまり これらのドメインからの光は通過せず、反対の磁化方向のドメインでは、偏光面の回転方向が異なるため、光はアナライザーを通過します。 したがって、ドメイン構造は、反対の磁化のドメインの暗いバンドと明るいバンドの形で表示されます。

ここでは、粉体像法のようにドメイン間の境界ではなく、ドメインそのものが現れているのが特徴です。

図 1.13 は、ファラデー効果を用いて明らかにした厚さ 500 Å の強磁性膜の磁区構造の写真を示しています。

図 1.13.

偏光面の回転角度は、次の式を使用して計算できます。

どこ d- 物質中の光の道、 ひ- 磁場強度、 Ⅴ- 光の周波数、物質の性質、および温度に依存するベルデ定数。 アーク分をエルステッドとセンチメートルで割った値 (min/E?cm) でベルデ定数を測定するのが通例です。 光学産業における金額別 Ⅴガラスの組成を決定します。

回転方向、つまり サイン Ⅴ磁場の方向に依存し、光の伝播方向には関係ありません。 したがって、ファラデー回転は、通常、偏光面が時計回り (右) に回転する場合、視野全体を見渡す観察者にとって正であると見なされます。

明らかに、現象学的観点から、ファラデー効果は、自然の活動との類推により、屈折率が n+ と n- 左右の円偏光の場合、光学的に不活性な物質を磁場に置くと、それらは異なります。 ファラデー効果の詳細な解釈は、量子の概念に基づいてのみ可能です。 この現象の特定のメカニズムは、物質が異なれば、またスペクトルの領域が異なれば多少異なる場合があります。 ただし、古典的な概念の観点からは、ファラデー効果は、光電子が磁場の方向の周りでラーモア歳差運動を行う周波数の物質の分散への影響に常に関連付けられており、分散の古典的な理論の基礎。 スペクトルの可視領域の誘電体では、分散は束縛電子によって決定されます。束縛電子は、光波の電界の作用下で強制振動を実行します。 物質は、そのような古典的な振動子のセットと見なされます。 次に、左円偏波と右円偏波の電子の運動方程式を別々に作成して解くと、次の形式で偏波面の回転角度の式を取得できます。

ここ eは電子の電荷であり、 メートルは電子の質量、 N- 電子濃度、u - 光の周波数、 とは真空中の光速、w 0 は振動子の固有振動数です。

カー顕微鏡を使用すると、より高い解像度 (最大 100 nm) を実現できます。 このような顕微鏡では、光ビームの偏光面の回転は、磁気光学結晶が通過するときではなく、キャリアの作業面から直接反射されるときに発生します。 ただし、カー顕微鏡を使用して得られた画像はコントラストが低く、装置のコストがはるかに高くなるため、実際には、フェライト ガーネット フィルムの磁気光学イメージングは​​、磁性キャリアの研究によく使用されます。

問題解決に最も近いのは、磁場を可視化する方法で、透明基板上にビスマスを含む単結晶フェライトガーネット膜を成膜した光磁気変換素子を磁場中に置き、記録する方法です。磁気光学ファラデー効果を使用して、その領域全体の磁化ベクトルの分布。 不均一な磁場を視覚化するには、顕微鏡またはコンピューター画面で、漂遊磁場のパターンを表示するインジケーター磁性膜に現れる光磁気画像を観察するだけで十分です。 このような画像には、磁場の分布 (パターン) に関する定性的 (間接的な) 情報が含まれており、磁気マークの識別に使用できます。

今日まで、フェライト ガーネットの Bi 含有膜が知られており、不均一な磁場の可視化に既に成功裏に使用されています。 Bi は、偏光面の大きな光磁気回転 (ファラデー効果) を提供し、したがって、高い画像コントラストを提供します。

磁場中の物質は、光の偏光面を回転させることが観察されます。 理論的には、ファラデー効果は、10 11 ～10 12 ガウスのオーダーの磁場内の真空でも現れる可能性があります。

現象学的説明

等方性媒質を通過する直線偏光放射は、回転方向が反対の 2 つの右旋偏波と左旋偏波の重ね合わせとして常に表すことができます。 外部磁場では、右円偏光と左円偏光の屈折率が異なります ( n + (\displaystyle n_(+))と n − (\displaystyle n_(-))）。 その結果、直線偏光放射が媒体を (磁力線に沿って) 通過すると、その左円偏光成分と右偏光成分が異なる位相速度で伝搬し、光路長に直線的に依存する光路差が得られます。 その結果、ある波長の直線偏光単色光の偏光面は、 λ (\displaystyle \lambda )中間経路をたどった l (\displaystyle l)、角度を変えます

磁場があまり強くない地域では、違いは n + − n − (\displaystyle n_(+)-n_(-))磁場の強さに線形に依存し、一般的に言えば、ファラデー回転角は次の関係で表されます。

どこ ν (\displaystyle \nu )- ベルデ定数。物質の特性、放射の波長、および温度に依存する比例係数。

初歩的な説明

ファラデー効果はゼーマン効果と密接に関連しており、ゼーマン効果は磁場内で原子のエネルギー準位が分裂する現象です。 この場合、スプリット レベル間の遷移は、右偏光と左偏光の光子の放出によって発生します。これにより、異なる偏光の波に対して異なる屈折率と吸収係数が生じます。 大まかに言えば、異なる偏波の速度の違いは、吸収された光子と再放出された光子の波長の違いによるものです。

ファラデー効果の厳密な説明は、量子力学の枠組みの中で行われます。

エフェクトを適用する

保護光アイソレータの要素として、レーザージャイロスコープ、レーザー測定機器、通信システムのレーザー送信機で使用されます。 さらに、この効果はフェライト マイクロ波デバイスの作成にも使用されます。 特に、ファラデー効果は、マイクロ波や光サーキュレーターの動作の根底にあります。

話

この効果は、1845 年に M. ファラデーによって発見されました。

ファラデー効果の最初の説明は、D. マクスウェルの著書「電磁場の理論に関する選択された著作」で与えられ、そこで彼は磁気の回転の性質を考察しています。 とりわけ、光に対する磁気作用の原因は、磁場における実数の (虚数ではなく) 回転であるべきだと強調したケルビンの研究に基づいて、マクスウェルは、磁化された媒体を一連の「分子磁気渦」と見なします。 "。 電流を線形、磁力を回転現象とする理論は、この意味でアンペールやウェーバーの理論と一致する。 D.C. Maxwell による研究は、渦の回転が光に及ぼす唯一の影響は、偏光面が渦と同じ方向に、以下に比例する角度で回転し始めることであるという結論に達しています。

• 物質の厚さ
• ビームに平行な磁力の成分、
• ビームの屈折率、
• 空気中の波長の二乗に反比例し、
• 磁気渦の平均半径、
• 磁気誘導の容量（透磁率）。

D. マクスウェルは、「分子渦の理論」のすべての規定を数学的に厳密に証明し、すべての自然現象がその最も深い本質において類似しており、同様の方法で作用することを暗示しています。

この研究の多くの規定は、その後忘れられたり、理解されなかったりしました (たとえば、Hertz によって) が、今日知られている電磁場の方程式は、この理論の論理的前提から D. Maxwell によって導き出されました。

ファラデー効果

ファラデー効果(縦方向の電気光学ファラデー効果) - 磁気光学効果。直線偏光が磁場内の光学的に不活性な物質を通って伝播すると、光の偏光面の回転が観察されるという事実にあります。 理論的には、ファラデー効果は、10 11 ～10 12 ガウスのオーダーの磁場内の真空でも現れる可能性があります。

現象学的説明

等方性媒質を通過する直線偏光放射は、回転方向が反対の 2 つの右旋偏波と左旋偏波の重ね合わせとして常に表すことができます。 外部磁場では、右円偏光と左円偏光の屈折率が異なります ( および )。 その結果、直線偏光放射が媒体を (磁力線に沿って) 通過すると、その左円偏光成分と右偏光成分が異なる位相速度で伝搬し、光路長に直線的に依存する光路差が得られます。 その結果、媒質中のパスを通過した波長 の直線偏光単色光の偏光面は、ある角度だけ回転します。

磁場があまり強くない領域では、その差は磁場強度に直線的に依存し、一般的に、ファラデー回転角は次の関係で表されます。

ここで、 は物質の特性、放射波長、および温度に依存する比例係数であるベルデ定数です。

初歩的な説明

ファラデー効果はゼーマン効果と密接に関連しており、ゼーマン効果は磁場内で原子のエネルギー準位が分裂する現象です。 この場合、スプリット レベル間の遷移は、右偏光と左偏光の光子の放出によって発生します。これにより、異なる偏光の波に対して異なる屈折率と吸収係数が生じます。 大まかに言えば、異なる偏波の速度の違いは、吸収された光子と再放出された光子の波長の違いによるものです。

ファラデー効果の厳密な説明は、量子力学の枠組みの中で行われます。

エフェクトを適用する

レーザージャイロスコープなどのレーザー測定機器や通信システムに使用されています。

話

この効果は、1845 年に M. ファラデーによって発見されました。

ファラデー効果の最初の説明は、D. マクスウェルの著書「電磁場の理論に関する選集」で与えられ、そこで彼は磁気の回転の性質を考察しています。 とりわけ、光に対する磁気作用の原因は、磁場内での実際の (想像上のものではない) 回転であるべきだと強調した W. Thomson 教授の研究に基づいて、Maxwell は磁化された媒体を一連の "分子磁気渦」。 電流を線形、磁力を回転現象とする理論は、この意味でアンペールやウェーバーの理論と一致する。 D.C. マクスウェルの研究によると、渦の回転が光に及ぼす唯一の影響は、偏光面が渦と同じ方向に、次の角度に比例して回転し始めるということです。

• 物質の厚さ
• 梁に平行な磁力の成分
• ビームの屈折率
• 空気中の波長の二乗に反比例
• 磁気渦の平均半径
• 磁気誘導の静電容量（透磁率）

D. マクスウェルは、「分子渦の理論」のすべての規定を数学的に厳密に証明し、すべての自然現象がその最も深い本質において類似しており、類似の方法で作用することを暗示しています。

この研究の多くの規定は、その後忘れられたり、理解されなかったりしました (たとえば、Hertz によって) が、今日知られている電磁場の方程式は、この理論の論理的前提から D. Maxwell によって導き出されました。

オーストリアの理論物理学者 L. ボルツマンは、D. マクスウェルの研究へのメモの中で次のように語っています。

これらの方程式のマクスウェルの信者は、おそらく文字以外は何も変更しなかったと言えます...したがって、ここで翻訳された一連の作業の結果は、物理理論の最も重要な成果の中にランク付けされるべきです」

ノート

ウィキメディア財団。 2010 .

「ファラデー効果」が他の辞書にあるものを参照してください。

ファラデー効果- — [Ya.N. Luginsky、M.S. Fezi Zhilinskaya、Yu.S. Kabirov. 電気工学および電力産業の英露辞書、モスクワ、1999] 電気工学のトピック、基本概念 EN ファラデー効果 ... 技術翻訳者ハンドブック

ファラデー効果- Faradėjaus reiškinys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ファラデー効果 vok. ファラデー効果、m rus。 ファラデー効果、m; ファラデー現象、n pranc。 effet Faraday, m … Fizikos terminų žodynas

ファラデー効果- Faradėjaus reiškinys statusas T sritis Standartizacija ir Metrologija apibrėžtis Tiesiai poliarizuotos šviesos, sklindančios medžiagoje išilgai magnetinio lauko jėgų linijų, poliarizacijos plokštumos sukimas. Poliarizacijos plokštumos sukimo… … Penkiakalbis aiskinamasis Metrologijos terminų žodynas

ファラデー効果- Faradėjaus efektas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ファラデー効果 vok. ファラデー効果、m rus。 ファラデー効果、m pranc。 effet Faraday, m … Fizikos terminų žodynas

ファラデー効果- それを通過する一定の磁場の力線に沿って物質内を伝播する電磁放射（例えば、光）の偏光面の回転にある磁気光学の効果の1つ.. .

ファラデー効果（縦磁気光学ファラデー効果）は磁気光学効果であり、直線偏光が磁場内の物質を伝搬すると、平面が回転するという事実にあります... ...ウィキペディア

カー効果、または二次電気光学効果は、印加された電界の 2 乗に比例して光学材料の屈折率の値が変化する現象です。 強い分野で観測されている... ... Wikipedia

効果- 1.結果、原因、行動の結果。 2. 自然科学では、現象 (パターン) は、この効果 (たとえば、ホール効果、ファラデー効果、トムソン効果など) を発見した科学者の名前で呼ばれることがよくあります。以下も参照してください。 ... ... 冶金百科事典

ホール効果- 電流の方向に垂直な磁場内に配置されたときに、電流が通過する金属または半導体における横電界および電位差の発生。 アメリカ人によって開かれ…… 冶金百科事典 電子書籍

直線偏光。 永久磁石に沿って in-ve で伝搬します。 in-in のフィールド。

磁気の影響で 島の荷電粒子のフィールドが回転します。 フィールドの方向に垂直な平面内の動き。 In-va 誘導磁石が表示されます。 一瞬。 電気だから そしてマグン。 ve の誘導は、磁石の存在に依存します。 モーメントとマグン。 フィールドの影響下での媒体の偏光、この依存性は、光が単色であるという事実に現れます。 電場の方向に伝搬し、円に偏波する波の場合、位相シフトが発生し、シフトの符号は円偏波の方向に依存します。 その結果、2 つの成分の重ね合わせである任意の波 (反対方向に円偏光された波) では、成分の位相の比率が変化します。 特に、円内の左右の偏波の重みが等しい線形結合である直線偏光は、直線偏光に戻りますが、偏光面は、波の伝播方向。 このような位相の変化は、左偏波と右偏波の島の屈折率 (つまり、光波の伝搬速度) の差に相当します。

磁石があまり強くない地域。 フィールド、偏光面の回転角度 a は f-loy によって決定されます。

a = V(w,T) l B,

ここで、V(w, T) は Verdet 定数で、St-in-va、周波数 w 単色に依存します。 放射線とt-ryT; l - 光学 パスの長さ、たとえば、群れが配置されているキュベットの長さ。 Vマグン。 誘導永久磁石。 田畑。 p-ra 濃度の場合、l の値を cl に置き換える必要があります。 物質のモルに対するベルデ定数 V M は、純粋な物質のモル回転を決定します: V M \u003d VM / r (M はモル質量、r は物質の密度) または溶液中の物質のモル回転：VM \u003d V / c。

回転角の符号 (X は、光の伝搬が磁場の方向と一致し、観察者が光源を見る場合、偏光面の時計回りの回転を正とします。この符号の選択は、化学では一般的です。物理学では逆の記号の選択が通常受け入れられます. 数値では, 定数ベルデ定数は, 原則として, 非常に小さいです: アークの 100 分の 1. 一連の常磁性体の場合, それらは 10 分の 1 です. 、数十分に達し、強磁性体のベルデ定数を持っています。

ナトリウムの D 線の周波数 (w ~ 17000 cm -1) では、ほとんどの v-v について、ベルデ定数は負であり、一部の常磁性体のみです。 in-va (鉄塩など) は、偏光面を正の方向に回転させます。 光ビームが逆方向に通過する間、その偏光面はこのビームに対して反対方向に回転し、フィールド B の方向に関しては、順方向に通過する場合と同じ方向に回転します。 これにより、ビームの複数回の通過が可能になり、回転角度αが蓄積されます。

周波数に対する回転角 a の依存性が呼び出されます。 磁気分散。 光学 回転: a= a(w ). 分散はエネルギー構造に大きく依存します。 分子のスペクトル、特にゼーマン効果が磁気の不在下でどのように縮退して現れるかについて。 エネルギー分野。 レベル。 トランジション前日に分割されたゼーマンサブレベル間。 ファラデー効果によるフィールドは分極され、磁気の分散曲線の形状に影響を与えます。 光学 回転。 同じ理由で - 遷移の分極 - も磁気に関連しています。 モル係数の差によって決定される円二色性。 円内の左右の偏光の吸収：D e (w) \u003d e L (w) - e P (w)。

経験的は化学でよく使われます。 ベルデ定数を化学物質と結び付ける比率。 相同な分子構造など。 行、構造フラグメントに対する V M 値の加法性が使用されます