Hãy cùng nhau tìm hiểu nguyên lý ứng dụng của vật liệu tinh thể quang học Magneto!

Với sự phát triển của truyền thông quang học và công nghệ laser công suất cao, việc nghiên cứu và ứng dụng các bộ cách ly quang từ ngày càng mở rộng, điều này đã trực tiếp thúc đẩy sự phát triển của vật liệu quang từ, đặc biệt làTinh thể quang học từ tính. Trong số đó, các tinh thể quang từ như orthoferrite đất hiếm, molybdate đất hiếm, tungstate đất hiếm, ngọc hồng lựu yttrium sắt (YIG), ngọc hồng lựu nhôm terbium (TAG) có hằng số Verdet cao hơn, cho thấy lợi thế về hiệu suất quang từ độc đáo và triển vọng ứng dụng rộng rãi.

Hiệu ứng quang từ có thể được chia thành ba loại: hiệu ứng Faraday, hiệu ứng Zeeman và hiệu ứng Kerr.

Hiệu ứng Faraday hay phép quay Faraday, đôi khi được gọi là hiệu ứng Faraday quang từ (MOFE), là một hiện tượng quang từ vật lý. Góc quay phân cực gây ra bởi hiệu ứng Faraday tỷ lệ thuận với hình chiếu của từ trường dọc theo hướng truyền ánh sáng. Về mặt hình thức, đây là trường hợp đặc biệt của hiện tượng điện từ hồi chuyển thu được khi hằng số điện môi tenxơ có đường chéo. Khi một chùm ánh sáng phân cực phẳng đi qua môi trường quang từ đặt trong từ trường, mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực phẳng quay với từ trường song song với hướng của ánh sáng và góc lệch được gọi là góc quay Faraday.

Hiệu ứng Zeeman (/ˈzeɪmən/, phát âm tiếng Hà Lan [ˈzeːmɑn]), được đặt theo tên của nhà vật lý người Hà Lan Pieter Zeeman, là hiệu ứng của quang phổ tách thành nhiều thành phần khi có từ trường tĩnh. Nó tương tự như hiệu ứng Stark, tức là quang phổ bị chia thành nhiều thành phần dưới tác dụng của điện trường. Cũng tương tự như hiệu ứng Stark, sự chuyển tiếp giữa các thành phần khác nhau thường có cường độ khác nhau và một số trong số chúng bị cấm hoàn toàn (theo phép tính gần đúng lưỡng cực), tùy thuộc vào quy tắc lựa chọn.

Hiệu ứng Zeeman là sự thay đổi tần số và hướng phân cực của quang phổ do nguyên tử tạo ra do sự thay đổi của mặt phẳng quỹ đạo và tần số chuyển động xung quanh hạt nhân của electron trong nguyên tử bởi từ trường bên ngoài.

Hiệu ứng Kerr, còn được gọi là hiệu ứng điện quang thứ cấp (QEO), đề cập đến hiện tượng chiết suất của vật liệu thay đổi theo sự thay đổi của điện trường ngoài. Hiệu ứng Kerr khác với hiệu ứng Pockels vì sự thay đổi chiết suất cảm ứng tỷ lệ với bình phương của điện trường, chứ không phải là sự thay đổi tuyến tính. Tất cả các vật liệu đều thể hiện hiệu ứng Kerr, nhưng một số chất lỏng thể hiện hiệu ứng này mạnh hơn những chất khác.

Ferrite đất hiếm ReFeO3 (Re là nguyên tố đất hiếm), còn gọi là orthoferrite, được phát hiện bởi Forestier et al. vào năm 1950 và là một trong những Tinh thể Quang học Magneto được phát hiện sớm nhất.

Loại nàyTinh thể quang học từ tínhkhó phát triển theo hướng định hướng do sự đối lưu nóng chảy rất mạnh, dao động trạng thái không ổn định nghiêm trọng và sức căng bề mặt cao. Nó không thích hợp cho sự phát triển bằng phương pháp Czochralski và các tinh thể thu được bằng phương pháp thủy nhiệt và phương pháp đồng dung môi có độ tinh khiết kém. Phương pháp tăng trưởng tương đối hiệu quả hiện nay là phương pháp vùng nổi quang học, do đó rất khó để phát triển các tinh thể đơn orthoferrite đất hiếm có kích thước lớn, chất lượng cao. Do các tinh thể orthoferrit đất hiếm có nhiệt độ Curie cao (lên tới 643K), vòng trễ hình chữ nhật và lực cưỡng bức nhỏ (khoảng 0,2emu/g ở nhiệt độ phòng), nên chúng có tiềm năng được sử dụng trong các bộ cách ly quang từ nhỏ khi độ truyền qua cao (trên 75%).

Trong số các hệ molybdate đất hiếm, những hệ được nghiên cứu nhiều nhất là molybdate hai lớp scheelite (ARe(MoO4)2, A là ion kim loại đất hiếm), molybdate ba lớp (Ｒe2(MoO4)3), molybdate bốn lớp (A2Re2(MoO4)4) và molybdate bảy lớp (A2Ｒe4(MoO4)7).

Hầu hết trong số nàyTinh thể quang học từ tínhlà những hợp chất nóng chảy có cùng thành phần và có thể được trồng bằng phương pháp Czochralski. Tuy nhiên, do MoO3 dễ bay hơi trong quá trình tăng trưởng nên cần tối ưu hóa trường nhiệt độ và quá trình chuẩn bị nguyên liệu để giảm ảnh hưởng của nó. Vấn đề khiếm khuyết tăng trưởng của molybdate đất hiếm dưới độ dốc nhiệt độ lớn vẫn chưa được giải quyết một cách hiệu quả và không thể đạt được sự tăng trưởng tinh thể cỡ lớn, do đó không thể sử dụng nó trong các bộ cách ly quang từ cỡ lớn. Bởi vì hằng số Verdet và độ truyền qua của nó tương đối cao (hơn 75%) trong dải hồng ngoại khả kiến, nên nó phù hợp với các thiết bị quang từ thu nhỏ.