RUS ENG

НАМ 18 ЛЕТ!

ГРУППА AMT&C - ФИНАЛИСТ РЕЙТИНГА «ТЕХНОУСПЕХ»


 

 


Аномально большой эффект Фарадея в пластине теллурида ртути.



19.04.2011

Физики из Австралии и Германии получили новый предел величины эффекта Фарадея, заключающегося во вращении плоскости поляризации света при прохождении через тонкую пластину. В опыте с теллуридом ртути угол вращения составлял 45 градусов. Такой «аномальный» эффект Фарадея может быть использован в будущем для создания оптических транзисторов, переключающих свет, или для усовершенствования системы терагерцового сканирования.

В 1845 году Майкл Фарадей описал эффект, названный его именем, заключающийся в изменении поляризации света при прохождении через среду, под действием магнитного поля. Способность материала поворачивать плоскость поляризации определяется константой Верде, физический смысл которой – величина вращения, измеренного в радианах, приходящаяся на один Тесла (единица измерения магнитной индукции) на метр вещества. Предыдущий максимум эффекта Фарадея был зафиксирован в полупроводнике индий-сурьма, константа Верде которого составляет около 104 радиан на Тесла на метр.

Сейчас Андрей Пименов с коллегами в австрийском Институте Технологии (Institute of Technology) в Вене и Университете Вюрцбурга (University of Würzburg) показали, что константа Верде теллурида ртути принимает значение 106 радиан на Тесла на метр, что было названо Пименовым «ошеломляющим».

Для исследования оптических свойств теллурида ртути материал был положен на тонкий кусок теллурида кадмия, который не вносит вклад в фарадеевское вращение. Далее на образец был направлен линейно поляризованный свет, электрическая компонента которого осциллировала вдоль определенного направления. Осциллирующее электрическое поле заставляет электроны проводимости дрейфовать в материале. При приложении к материалу магнитного поля, электроны начинают двигаться по круговым орбитам. Это движение влияет на скорость распространения в материале право- и лево-поляризованного по кругу света. Отсюда появляется эффект вращения направления поляризации.

Исследователи измерили эффект Фарадея при помощи пропускания выходящего света через поляризационный фильтр, установленный либо вдоль направления начальной поляризации (параллельный фильтр), либо перпендикулярно ей (перпендикулярный фильтр). В отсутствие магнитного поля параллельный фильтр пропускал весь свет, падающий на него, тогда как перпендикулярный – не пропускал ничего. Однако при увеличении амплитуды магнитного поля интенсивность света, проходящего через параллельный фильтр, становится меньше. Интенсивность света, проходящего через перпендикулярный фильтр – наоборот, больше. Угол поворота плоскости поляризации определяется из соотношения интенсивностей прошедшего между фильтрами света и дает угол поворота поляризации.

Для пленки толщиной всего 70 нм, поворот достигает максимум 15° при действии магнитного поля в 1 Тесла. Однако слой теллурида ртути в 1 мкм поворачивает свет немногим более чем на 45°. Себастьян Франсуер (Sébastien Francoeur) из политехнической школы в Монреале (École Polytechnique, Montreal) назвал этот полупроводник «интригующим материалом» из-за того, что электроны могут перемещаться на относительно длинные расстояния без рассеяния. Благодаря небольшой эффективной массе электроны ведут себя так, как будто имеют тридцатую часть своей фактической массы.

Зная эффективную массу электронов и напряженность магнитного поля, можно определить циклотронную частоту движения электронов по орбитам. Когда отклонение плоскости поляризации максимально, циклотронная частота совпадает с частотой света в случае, если предполагать, что этот резонанс способствует гигантскому эффекту Фарадея.

В качестве практического применения данного эффекта исследователи предлагают разработать транзистор для оптического счета. "Используя внешнее магнитное поле, можно включать и выключать подачу света," - говорит Пименов. В то время как электронные транзисторы пропускают или не пропускают ток при приложении к ним определенного напряжения, такой оптический транзистор сможет пропускать свет при отключенном магнитном поле, и не пропускать – при включенном.

Для того, чтобы сделать такое устройство, команде придется повернуть плоскость поляризации света на 90 градусов, а не на 45. Пименов говорит, что комбинация из нескольких пленок из теллурида ртути, разделенных теллуридом кадмия, могут повернуть свет даже на 360 градусов, или более.

При вращении плоскости поляризации точно на 45 градусов эффект может быть использован для создания оптических однонаправленных клапанов. В таких устройствах свет проходит через линейный поляризатор, а затем его плоскость поляризации поворачивается на 45 градусов. При отражении плоскость поляризации света повернется еще на 45 градусов на обратном пути через теллурид ртути. Теперь, свет не сможет пройти через поляризатор, т.к. его плоскость поляризации будет перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора.

Этот эффект также может быть использован для получения терагерцового изображения и спектроскопии в молекулярной биологии, медицине, и системах безопасности. По мнению Франсуера, "крайне сложно манипулировать состоянием поляризации" терагерцового света. Гигантский эффект Фарадея в теллуриде ртути может позволить пополнить ряд оптических приборов новыми устройствами.

http://physicsworld.com/cws/article/news/45611

http://www.lenta.ru/news/2011/04/05/faraday/

Возврат к списку новостей