Материал: Физика магнитных диэлектриков.

оптической анизотропии а. Отличие а от единицы говорит о том, что в оптическом отношении гранаты являются дву­ осными кристаллами. При комнатной температуре гра­ наты по параметру а разделяются па две группы: в ферри­ тах самария и европия а <С 1, в остальных гранатах а > 1. Даже в нттрневом феррите-гранате, где ионы магнитного трехвалентного железа находятся только в s-соетояиии,

Рпс. 5.31. Температурная зависимость параметра магнитоопти­ ческой апизотрошш а в ферритах-гранатах.

магнитооптическая анизотропия оказывается значитель­ ной: при комнатной температуре а =1.34. Интересно от­ метить, что аналогичное отношение для упругих постоян­ ных в Y3Fe50 12 равно 0.95, т. е. кристалл упругоизотропеи с точностью 5% [85]. Аналогичное отношение для фотоупругих постоянных равно 1.8 [86].

Магнитное двупреломление гранатов оказывается сильно зависящим от температуры. Оно было измерено от 77° до точки Кюри Тс — 5.50-А5800 К в ферритахгранатах самария, европия, гадолиния, тербия, диспро­ зия, гольмия и иттрия [83]. С понижением температуры магнитное двупреломлепие сильно возрастает, достигая в отдельных гранатах Ап — 10 ~3. С температурой изме­ няется и параметр а, на рис. 5.31 показано его изменение

436

для изученных ферритов-гранатов. Сравнивая результаты иттрнсвого и редкоземельных гранатов, можно заключить, что вклад редкоземельной подрешетки сильно возрастает с понижением температуры. При повышении температуры и приближении к точке Кюри параметр а во всех гранатах стремится к единице, т. е. гранаты становятся оптически изотропными.

Мы видим, что ферриты-гранаты представляют собой интересный пример настраиваемых оптических кристал­ лов, где величина двупреломления, положение оптических осей и фазовая скорость различно поляризованных лучей может в широких пределах меняться за счет ориентации намагниченности, изменения температуры, а также путем приготовления составов с различной концентрацией ионов в подрешетках.

Движение оптических осей можно рассмотреть на ос­ нове рис. 5.4. Наибольшие изменения происходят в гра- 'иате диспрозия Dy3Fe50 12, где оптические оси совершают при изменении температуры полный оборот: они последо­ вательно переходят из плоскости (001) в плоскость (110), потом в (110) и затем возвращаются в плоскость (001). Большое вращение осей наблюдается в гранатах гольмия и тербия вблизи точки магнитной компенсации.

Хотя экспериментальные данные и показывают связь магнитного двупреломления с намагниченностью под­ решеток, в настоящее время об этой связи мы можем судить только косвенно. Трудности в интерпретации возникают уже для наиболее простого в магнитпом отношении иттриевого феррита-граната, где вклад в двупреломление от октаэдрической и тетраэдрической нодрешеток может быть различным. Трудности возрастают для редкоземельных гранатов, имеющих три или более магнитных подрешеток.

Большая анизотропия магнитного двупреломления сви­ детельствует также о том, что его величина зависит не только от обменного взаимодействия, вклад которого должен быть изотропным, но и от анизотропных взаимо­ действий, например спин-орбитального. Для выяснения вкладов отдельных механизмов необходимы дальнейшие экспериментальные исследования двупреломления и МЛД не только в областях прозрачности, но и в районе полос поглощения в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, где лежат электронные переходы, определяющие магнитооптические явления.

437

Т а б л и ц а 5.12

В работах [88, 891 для нахождения чисто магнитного вклада было предположено, что решеточное двупреломление меняется следующим образом:

где а и с — параметры тетрагональной решетки.

Рис. 5.32. Температурная зависимость двупреломлеиия света в кристаллах со структурой рутила.

Справедливость такого рассмотрения подтверждается тем, что в широком интервале величина. М не зависит от температуры. Такое разделение показало, что в магнито­ упорядоченных фторидах в районе температуры Нееля

439

возникает магнитное двупреломлепие, вызванное устано­ влением магнитного порядка. Величина Д?іч составляет 1—2 -ІО-3. При температурах Нееля на кривых Дп (Т) наблюдается излом, он отчетливо виден на вставке рис. 5.33, показывающего температурное поведение двупреломления в MnF2. Температура излома (вторая ко­ лонка табл. 5.12) хорошо совпадает с, положением макси-

Рис. 5.33. Температурная зависимость двупреломленпя в MnF2.

Светлые кружки — М > расчет по формуле (5. 9(5); темные —

Ап, экспериментальные точки. Вверху показано изменение наклона кривой В Где.

мумов на кривой теплоемкости этих кристаллов. Резуль­ таты убедительно показали., что в случае MnF2 и, по-ви­ димому, NiF2 основной причиной аномальной температур­ ной зависимости двупреломлеиия является не спонтанная стрикция, а магнитное двупреломлепие. Из результатов видно, что ниже ТN все кристаллы, за исключением NiF2, остаются оптически одноосными. В NiF2, где вектор антиферромагнетизма лежит перпендикулярно тетраго­ нальной оси, наблюдалась небольшая двуосность с 2V Ä5 2° [89].

Температурная зависимость магнитного двупреломления, показанная на рис. 5.33 для MnF2, говорит о том, что оно сохраняется вплоть до температур порядка 2—3 Тn-

440

Это явление в работе [88] было связано с ближним маг­ нитным порядком.

Изучение анизотропии магнитного двупреломления показало, что в случае M(nF2 оно является изотропным и вызвано обменными членами. В случае CoF2 существенны

ианизотропные члены [88].

ВNiF2 изучался также магнитный линейный дихроизм при распространении света вдоль тетрагональной оси [911. Эффект оказался значительным для ряда полос поглоще­

ния в видимой области спектра (переходы 3А 2 -> 1Еа,

J l g ) '

Среди кристаллов другой структуры, в которых изу­ чалось магнитное двупреломлеиие или МЛД, можно от­ метить Мп\Ѵ04 [89], RbNiF3 [92], RbFeF3 [93], a-Fe,03 [94], KNiF3 [95].

§ 9. ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Магнитооптические явления находят самые разнообразные применения как в методах физического и спектроскопического эксперимента, так и для создания специальных приборов и устройств. Исследовайия по­ следних лет говорят о все возрастающей роли магнито­ оптических эффектов и материалов.

Экспериментальное использование магнитооптических явлений

Традиционное использование магнитооптиче­ ских явлений „заключается в изучении энергетического спектра кристаллов. Магнитное поле полностью снимает вырождение с электронных уровней и получаемая инфор­ мация зачастую является исчерпывающей. Особенно эф­ фективным оказываются методы кругового и линейного дихроизма в случае широких полос поглощения, когда изучение зеемановского расщепления уже оказывается невозможным. Подчас получают значения g-факторов для полос поглощения шириной в сотни и даже тысячи см-1. Метод МКД и МЛД оказывается также эффективным для разделения сложных полос, состоящих из отдельных перекрывающихся компонент, которые не удается разре­ шить даже при низких температурах.