科普知識：磁光材料

作者：賀俊傑

磁光材料是目前世界高科技領域最具吸引力的一種新型功能材料，是高新科技必須的一種新材料，各個科技強國都在這一領域展開激烈的競爭。中國在這一領域起步較晚，主要由北京科技大學主導這方面的研究工作。

磁光材料是指在紫外到紅外波段，具有磁光效應的光信息功能材料，稀土磁光材料是一種新型的光信息功能材料。

利用這類材料的磁光特性以及光、電、磁的相互作用和轉換，製成具有各種功能的光學器件。

例如，調製器、隔離器、環行器、磁光開關、偏轉器、相移器、光信息處理機、雷射陀螺偏頻磁鏡、磁強計、磁光傳感器等。

在磁場或磁矩作用下,物質的電磁特性(如磁導率、介電常數、磁化強度、磁疇結構、磁化方向等) 會發生變化。

因而使通向它的光的傳輸特性(如偏振狀態、光強、相位、頻率、傳輸方向等) 也隨之發生變化。當光透過鐵磁體或被磁體表面反射形成的物理現象，被稱為磁光效應，其所用的材料被稱為磁光材料。

一，磁光材料的定義：

當物質在外磁場作用下，內部的電磁特性會發生相應的變化，從而使其內部傳輸或表面反射的光波發生變化，產生偏振面、相位或散射特性的變化，這個物理現象被稱為磁光效應。

磁光效應的大小決定於物質的特性，通常將具有較大磁光效應的物質稱為磁光材料。

一般情況下，磁光材料隨物質磁化強度的增大而增大。

二，磁光材料的概念：

基本分為兩大類

1，磁光的偏振

⑴，光波中的自然光所有取向的橫向振動磁電矢量；

⑵，線偏振光單一橫向振動的磁電矢量；

⑶，介於自然光與線偏振光之間的電振動矢量；

⑷，圓偏振光稱為右旋偏振光；

⑸，橢圓偏振光稱為右旋橢圓偏振光。

2，磁光的雙折射性和二向色性，通常在各向異性晶體產生的兩束雙折射光線中，在晶體內的傳播方向遵從折射定律。

另一束磁光在晶體內進行方向與折射定律不符，射入角正弦與折射角正弦的比值不為常數，隨入射角而變。

如果雙折射晶體內存在一個固定方向，沿著這個方向光束並不會發生雙折射，這個固定的方向被稱為晶體的光軸。

三，磁光材料有這四方面的效應：

在磁場中的介質, 當光以不同於磁場的方向通過它時, 也會出現象單軸晶體那樣的雙折射現象, 稱為磁致線雙折射效應。磁致線雙折射效應又包括科頓—穆頓效應( Cotton-Mouton effect)和瓦格特效應(Voigt effect) ,通常把鐵磁和亞鐵磁介質中的磁致線雙折射稱為科頓—穆頓效應, 反鐵磁介質中的磁致線雙折射稱為瓦格特效應。

1，法拉第效應；

2，科頓—莫頓效應；

3，克爾效應；

4，塞曼效應。

四，磁光材料的晶體結構

1，磁光晶體

磁光晶體具有磁光效應，其磁性特別是磁化強度與磁化密度密切關聯。

我們所研發的稀土磁光材料首先使用了稀土釔、鐵、石榴石。

材料磁光性能不僅依靠於材料的磁化強度，還與材料的磁光係數或費爾德常數有關。從微觀上看，磁光效應的大小與組成晶體的原子或離子的能級結構，以及由光激發引起的能級間的電子躍遷情況有關。

石榴石屬於矽酸鹽類礦物，化學式：Y .³ Fe.⒌ O.12/

我們在具體的試驗中，曾經使用過的化學式：Ca 0.5 B 1

AI 0.6 Si 0.5 Ga 0.5 Ln 0.6 Se 1 Cr 3 /

這些都是屬於石榴石單晶結構，每個晶胞160個原子的體心立方。

2，尖晶石晶體

尖晶石晶體結構屬於立方晶系，其中的二價負離子為面心立方密堆積，與天然礦物尖晶石 Mg Al 2 O 4 的結構相同。

尖晶石磁光晶體主要指硫屬鉻化合，化學分子式物：

MCr 2 S 4 / 其中M代表二價金屬離子，鉻為三價離子。

3，磁光玻璃

為了製造可見光範圍內實用的磁光器件，如可見光波段隔離器，需要具有高費爾德常數V的磁光材料，便於在適當的磁場和樣品長度下獲得較大的法拉第旋轉。這裡簡單說一下。

五，磁光材料的生產工藝流程

這裡不在重複了，請參閱賀俊傑科普知識講座：幾種磁性材料的生產工藝流程。

謝謝朋友們了！