КОТТОНА - МУТОНА ЭФФЕКТ

КОТТОНА - МУТОНА ЭФФЕКТ

- один из эффектов магнитооптики, заключающийся в возникновении линейного двойного лучепреломления в среде, помещённой во внеш. магн. поле, при распространении света перпендикулярно полю. В применении к кристаллич. системам К.- М. э. часто наз. эффектом Фогта. Впервые был обнаружен в коллоидных растворах Дж. Керром (J. Кегг, 1901), далее подробно исследован Э. Коттоном (A. Cotton) и А. Мутоном (Н. Mouton, 1907), а в кристаллах - В. Фогтом (W. Voigt). К.- М. э. является следствием взаимодействия магн. поля с токовыми (локализованными или делокализованными) системами (электроны в атоме, носители заряда в полупроводниках), определяющими исходные оптич. свойства вещества, и поэтому обнаруживается во всех материальных средах. Подобно др. эффектам индуцированной линейной анизотропии (пьезооптическому, эл.-оптическому), К.- М. э. экспериментально регистрируется по возникновению эллиптичности прошедшего через среду линейно поляризованного светового пучка с плоскостью поляризации, составляющей обычно угол b45° с направлением приложенного поля (см. Керра эффект). Под действием магн. поля первоначально изотропная среда превращается в оптически одноосную (гиротропность среды в такой геометрии магн. поля можно не учитывать) с показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей п ₀ и п _е (см. Кристалло- оптика). В результате ортогональные компоненты вектора напряжённости электрич. поля световой волны, проходящей через среду, испытывают разные фазовые сдвиги и, складываясь на выходе из среды, образуют эллиптически поляризованный свет, степень эллиптичности к-рого определяется указанной разностью фаз. Знак индуцированной разности фаз не зависит от направления приложенного магн. поля и, следовательно, зависимость наведённого двупреломления должна определяться лишь чётными степенями напряжённости поля Н. В подавляющем большинстве случаев оказывается возможным ограничиться квадратичным по H членом: =l(п _е -п ₀)/= СlH² ( - разность хода лучей, выраженная в длинах волн, l - длина пути света в веществе, - длина световой волны в вакууме). Константа С наз. постоянной Коттона - Мутона и зависит от природы среды, длины волны излучения и темп-ры.

К.- М. э. тесно связан с др. магнитооптич. явлениями. В частности, вместе с эффектом магн. линейного дихроизма - индуцированного магн. полем различия коэффициентов поглощения для двух линейных поляризаций (k = k_e-k₀) - К.- М. э. можно рассматривать как единый эффект магн. линейной анизотропии с учётом комплексности показателя преломления среды

n= (п _е-n_a)+i(k_e-k₀)=n+ik. При этом ф-ции

п() и k(), описывающие спектральный ход линейного двупреломления и дихроизма ( - частота излучения), связаны между собой дисперсионными соотношениями, аналогичными Крамерса - Кронига соотношениям. Как известно, подобная же связь существует между магнитооптич. эффектами циркулярной анизотропии - эффектом Фарадея и магнитным круговым дихроизмом.

Оба упомянутых эффекта магн. линейной анизотропии - К.- М. э. и магн. линейный дихроизм - являются фактически поляризационными аналогами поперечного Зеемана эффекта, подобно тому, как эффект Фарадея и магн. циркулярный дихроизм - поляризационные аналоги продольного эффекта Зеемапа. Благодаря методич. специфике поляризационных эффектов магнитооптич. анизотропии их используют для регистрации эффекта Зеемана в случае широких полос поглощения, когда магн. расщепление оптич. переходов не разрешается спектрально.

Микроскопич. механизмы возникновения магн. линейной анизотропии определяются или ориентационным выстраиванием молекул, обладающих дипольным магн. моментом, или анизотропией магн. поляризуемости (при наличии ориентационных степеней свободы) и, кроме того, магн. поляризацией электронных оболочек молекул.

К.- М. э. по величине обычно мал и поэтому не находит широкого применения. Исключение составляют магнитоупорядоченные кристаллы, в к-рых К.- М. э. функционально связан не с напряжённостью внеш. магн. поля, а с намагниченностью подрешёток кристалла и может достигать чрезвычайно больших значений. Так, напр., в ферромагн. кристалле EuSe величина магн. линейного двупреломления п достигает 1,5*10^-2.

Значительной величина К.- М. э. может быть также в конденсированных парамагнетиках вблизи линий поглощения при наличии разрешённой картины зеемановского расщепления.

К.- М. э. используют для измерений анизотропии диамагн. восприимчивости молекул, изучения структуры примесных центров и магн. свойств электронных оболочек,

Лит.: Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.- Л., 1951; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Смоленский Г. А., Писарев Р. В., Синий И. Г., Двойное лучепреломление света в магнитоупорядоченных кристаллах, "УФН", 1975, т. 116, с. 231.

В. С. Запасский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.