Коттон-Мутона эффект

КОТТОНА-МУТОНА ЭФФЕКТ, один из эффектов магнитооптики; заключается в возникновении двойного лучепреломления в изотропной среде, помещённой во внешнее магнитное поле, перпендикулярное направлению распространения света. Впервые был обнаружен в коллоидных растворах шотландским физиком Дж. Керром (1901), подробно исследован французскими физиками Эме Коттоном и А. Мутоном (1907), а в кристаллах - немецким физиком В. Фойгтом. По этой причине в применении к кристаллическим системам Коттона-Мутона эффект часто называют Фойгта эффектом. Коттона-Мутона эффект является следствием взаимодействия магнитного поля с токовыми системами (электроны в атоме, носители заряда в полупроводниках), определяющими исходные оптические свойства вещества. Коттона-Мутона эффект экспериментально регистрируется по возникновению эллиптичности прошедшего через среду линейно поляризованного светового пучка с плоскостью поляризации, составляющей обычно угол 45° с направлением приложенного поля (смотри в статье Керра эффекты). Под действием магнитного поля первоначально изотропная среда превращается в анизотропную, оптически одноосную с различающимися показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей nо и nе (смотри Кристаллооптика). В результате ортогональные компоненты вектора напряжённости электрического поля световой волны, проходящей через среду, испытывают разные фазовые сдвиги и, складываясь на выходе из среды, образуют эллиптически поляризованный свет, степень эллиптичности которого определяется разностью набегов фаз. Знак разности фаз не зависит от направления приложенного магнитного поля Н, а определяется чётными степенями напряжённости поля. В большинстве случаев оказывается возможным ограничиться квадратичным по Н членом: Δλ =  l(nе - nо)/λ = ClH2 (Δλ - разность хода лучей, выраженная в длинах волн, l - длина пути света в веществе, λ - длина световой волны в вакууме). Константа С называется постоянной Коттона - Мутона и зависит от природы среды, длины волны излучения и температуры.

Реклама

Коттона-Мутона эффект тесно связан с другими магнитооптическими явлениями. В частности, вместе с эффектом магнитного линейного дихроизма - индуцированного магнитным полем различия коэффициента поглощения для двух линейных поляризаций - Коттона-Мутона эффект можно рассматривать как единый эффект магнитной линейной анизотропии. Микроскопические механизмы возникновения магнитной линейной анизотропии обусловлены или ориентационным выстраиванием молекул, обладающих дипольным магнитным моментом, или анизотропией магнитной поляризуемости (при наличии ориентационных степеней свободы) и магнитной поляризацией электронных оболочек молекул.

Коттона-Мутона эффект по величине обычно мал, за исключением магнитоупорядоченных кристаллов, в которых он связан с намагниченностью подрешёток кристалла и может достигать чрезвычайно больших значений, а также в конденсированных парамагнетиках вблизи линий поглощения при наличии разрешённой картины зеемановского расщепления.

Коттона-Мутона эффект используют для измерений анизотропии диамагнитной восприимчивости молекул, изучения структуры примесных центров и магнитных свойств электронных оболочек.

Лит.: Борн М. Атомная физика. 3-е изд. М., 1970; Смоленский Г. А., Писарев Р. В., Синий И. Г. Двойное лучепреломление света в магнитоупорядоченных кристаллах // Успехи физических наук. 1975. Т. 116. [Вып. 6]; Сивухин Д. В. Общий курс физики. 3-е изд. М., 2006. Т. 4: Оптика.

В. С. Запасский.