Дихроизм

ДИХРОИЗМ, различное поглощение анизотропным веществом света в зависимости от его поляризации (анизотропия поглощения). Поскольку поглощение зависит также и от длины волны, дихроичные вещества оказываются различно окрашенными при наблюдениях по разным направлениям, отсюда и название «дихроизм» (от греческого δίχροος - двухцветный); более правильным является термин «плеохроизм» (от греческого πλέων - более многочисленный и χρόα - цвет), хотя он и менее употребителен. Дихроизм  открыт в 1809 французским геологом П. Кордье на минерале, названном кордиеритом. Позднее (1816) дихроизм наблюдали Ж. Б. Био и немецкий физик Т. И. Зеебек  на кристалле турмалина.

Различают линейный, круговой и эллиптический дихроизм в зависимости от типа поляризации света. Дихроизм  приводит к различию в поглощении естественного света в зависимости от его направления распространения в веществе. За меру дихроизма обычно принимают величину  D = (К_макс -К_мин)/(К_макс + К_мин), где К_макс и К_мин - коэффициент максимального и минимального поглощения для соответствующих поляризаций. Дихроизмом  могут обладать и вещества в конденсированных фазах, и отдельные свободные молекулы.

Поглощение света молекулой может быть обусловлено переходами между различными электронными уровнями. Каждый переход моделируется поглощающим осциллятором, ориентированным различным образом или расположенным в разных местах большой молекулы. Соответствующие полосы поглощения обладают различным дихроизмом.

Дихроизм  может наблюдаться и на колебательных переходах молекулы, однако значительно меньший по величине. Если такой переход сопровождается одновременным изменением электрического и магнитного дипольных моментов, возникает круговой дихроизм. Им обладают лишь нецентросимметричные молекулы. Дихроизм  вещества, состоящего из анизотропных молекул, зависит от их относительного расположения. В газах и разреженных парах, где все ориентации равновероятны, а межмолекулярные взаимодействия слабы, линейный дихроизм отсутствует, наблюдается круговой дихроизм. При упорядоченной ориентации анизотропных молекул имеет место и линейный, и круговой дихроизм.

В конденсированных средах анизотропное поглощение может возникать по двум причинам. Во-первых, как следствие определённой упорядоченной ориентации анизотропно поглощающих молекул. Во-вторых, в кристалле появляются новые (так называемые кристаллические) структурные связи, обусловленные коллективными эффектами, например экситонные переходы в молекулярных кристаллах, межзонные переходы в полупроводниках и т. п.

Характер и величина дихроизма в кристаллах зависят от симметрии кристалла и направления распространения света. В кристаллах  есть  выделенные  направления (оптические оси), по которым свет определённой поляризации распространяется без двойного лучепреломления. Это могут быть так называемые изотропные оси, вдоль которых свет любого направления поляризации проходит без двойного преломления, и так называемые круговые оси, пропускающие без двойного преломления свет определённого знака круговой поляризации; в этих направлениях наблюдается соответственно линейный и круговой дихроизм. В других направлениях имеют место эллиптическое двойное преломление и эллиптический дихроизм.

В кристаллах, не имеющих центра симметрии, дихроизм может быть обусловлен также наличием гиротропии, возникающей вследствие особенностей его структуры и внутрикристаллического поля. В подобных кристаллах в области резонансов наблюдается круговой дихроизм: в изотропных средах - по всем направлениям; в одноосных - вдоль оптической оси. В двуосных по всем направлениям наблюдается эллиптический дихроизм.

В центросимметричных кристаллах может возникать линейный дихроизм вследствие наличия в них дисперсии пространственной. Сильным дихроизмом обладают также многие полимеры, в частности биологические. Дихроизм  отдельных полимерных молекул сильно зависит от их конформации, а дихроизм полимерной среды - также и от степени упорядоченности этой среды.

Линейный дихроизм в конденсированных средах может быть создан искусственно многими способами. Например, полимерные цепочки при  растяжении  плёнок ориентируются вдоль направления растяжения; если при этом полимерные молекулы обладают анизотропией поглощения, возникает дихроизм плёнки. Дихроизм  появляется также при введении анизотропных (дихроичных) молекул в прозрачную полимерную плёнку с ориентированными цепочками и в прозрачный обычный или структурированный нематический жидкий кристалл (рис.). В жидких кристаллах и коллоидах дихроизм может возникать в результате ориентации молекул в электрическом и магнитном полях (смотри Электрооптика, Магнитооптика). Лазерное излучение также оказывает ориентирующее действие на невозбуждённые молекулы и может изменять конформацию молекул, что приводит к возникновению или изменению дихроизма. Линейный и круговой дихроизм появляется при деформации молекулы или её электронной оболочки внутренним полем среды.

Явления дихроизма используются в прикладной кристаллооптике и в минералогии (для определения минералов и горных пород), в химии и биохимии (для определения структуры молекул). Линейный дихроизм применяется для получения поляроидов. Элементы с управляемым дихроизмом используются как модуляторы световых потоков, устройства индикации, отображения и хранения информации, элементы памяти и т. п.

Лит.: Агранович В. М., Гинзбург В. Л. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов. 2-е изд. М., 1979; Кизель В. А., Бурков В. И. Гиротропия кристаллов. М., 1980; Гайсенок В. А., Саржевский А. М. Анизотропия поглощения и люминесценции многоатомных молекул. Минск, 1986.