磁気光学結晶材料の応用原理を一緒に学びましょう！

光通信と高出力レーザー技術の発展に伴い、光磁気アイソレータの研究と応用はますます広範になり、特に磁気光学材料の開発が直接促進されました。磁気光学結晶。その中でも、希土類オルソフェライト、希土類モリブデン酸塩、希土類タングステン酸塩、イットリウム鉄ガーネット（YIG）、テルビウムアルミニウムガーネット（TAG）などの磁気光学結晶は、より高いベルデ定数を有しており、独特の磁気光学性能の利点と広範な応用の可能性を示しています。

磁気光学効果は、ファラデー効果、ゼーマン効果、カー効果の 3 種類に分類できます。

ファラデー効果またはファラデー回転は、磁気光学ファラデー効果 (MOFE) とも呼ばれ、物理的な磁気光学現象です。ファラデー効果によって引き起こされる偏光回転は、光の伝播方向に沿った磁場の投影に比例します。形式的には、これは誘電率テンソルが対角線である場合に得られるジャイロ電磁気学の特殊なケースです。平面偏光のビームが磁場中に置かれた光磁気媒体を通過するとき、平面偏光の偏光面は磁場とともに光の方向と平行に回転し、その偏向角はファラデー回転角と呼ばれます。

オランダの物理学者ピーテル ゼーマンにちなんで名付けられたゼーマン効果 (/ˈzeɪmən/、オランダ語の発音 [ˈzeːmɑn]) は、静磁場の存在下でスペクトルがいくつかの成分に分割される効果です。これはスターク効果に似ています。つまり、電場の作用下でスペクトルがいくつかの成分に分割されます。また、スターク効果と同様に、異なる成分間の遷移は通常、異なる強度を持ち、その一部は選択ルールに応じて (双極子近似の下で) 完全に禁止されます。

ゼーマン効果は、外部磁場による原子内の電子の原子核の周りの軌道面と運動周波数の変化により、原子によって生成されるスペクトルの周波数と偏光方向の変化です。

二次電気光学効果 (QEO) としても知られるカー効果は、外部電場の変化に応じて材料の屈折率が変化する現象を指します。カー効果は、誘起される屈折率変化が線形変化ではなく電場の二乗に比例するため、ポッケルス効果とは異なります。すべての物質はカー効果を示しますが、一部の液体は他の液体よりもカー効果をより強く示します。

オルソフェライトとしても知られる希土類フェライト ReFeO3 (Re は希土類元素) は、Forestier らによって発見されました。 1950 年に発見され、最も初期に発見された磁気光学結晶の 1 つです。

このタイプの磁気光学結晶非常に強い溶融対流、激しい非定常状態の振動、および高い表面張力のため、方向性を持った成長が困難です。チョクラルスキー法による成長には適しておらず、水熱法や共溶媒法で得られる結晶は純度が低い。現在比較的有効な育成方法は光学浮遊帯域法であるため、大型で高品質な希土類オルソフェライト単結晶を育成することは困難である。希土類オルソフェライト結晶は高いキュリー温度 (最大 643K)、長方形のヒステリシス ループ、および小さな保磁力 (室温で約 0.2emu/g) を備えているため、透過率が高い (75% 以上) 場合には小型の光磁気アイソレータに使用できる可能性があります。

希土類モリブデン酸塩系の中で最も研究されているものは、灰重石型二倍モリブデン酸塩 (ARe(MoO4)2、A は非希土類金属イオン)、三倍モリブデン酸塩 (Re2(MoO4)3)、四倍モリブデン酸塩 (A2Re2(MoO4)4)、七倍モリブデン酸塩 (A2Re4(MoO4)7) です。

これらのほとんどは磁気光学結晶は同じ組成の溶融化合物であり、チョクラルスキー法によって成長させることができます。ただし、成長プロセス中に MoO3 が揮発するため、その影響を軽減するには温度領域と材料準備プロセスを最適化する必要があります。モリブデン酸希土類は大きな温度勾配下での成長欠陥の問題が有効に解決されておらず、大型の結晶成長が達成できないため、大型の光磁気アイソレータには使用できない。可視～赤外域でのベルデ定数と透過率が比較的高い(75%以上)ため、小型の磁気光学デバイスに適しています。