Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией
Передбачена можливість керування кутом повороту площини поляризації електромагнітної хвилі, яка проходить крізь феромагнетик, за рахунок його безпосереднього деформування, що є сутністю нового п'єзомагнітооптичного ефекту. The opportunity to control a rotation angle of a plane of polarization o...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30727 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией / И.В. Линчевский // Доп. НАН України. — 2010. — № 10. — С. 57-60. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859725539979296768 |
|---|---|
| author | Линчевский, И.В. |
| author_facet | Линчевский, И.В. |
| citation_txt | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией / И.В. Линчевский // Доп. НАН України. — 2010. — № 10. — С. 57-60. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Передбачена можливість керування кутом повороту площини поляризації електромагнітної хвилі, яка проходить крізь феромагнетик, за рахунок його безпосереднього деформування, що є сутністю нового п'єзомагнітооптичного ефекту.
The opportunity to control a rotation angle of a plane of polarization of an electromagnetic wave which passes through a ferromagnetic, by its direct deformation is predicted. This makes essence of a new piezo-magneto-optical effect.
|
| first_indexed | 2025-12-01T11:15:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
10 • 2010
ФIЗИКА
УДК 537.6+535
© 2010
И.В. Линчевский
Вращение плоскости поляризации электромагнитной
волны в ферромагнетиках, индуцированное
их деформацией
(Представлено академиком НАН Украины В.М. Локтевым)
Передбачена можливiсть керування кутом повороту площини поляризацiї електрома-
гнiтної хвилi, яка проходить крiзь феромагнетик, за рахунок його безпосереднього де-
формування, що є сутнiстю нового п’єзомагнiтооптичного ефекту.
Продольный магнитооптический эффект Фарадея (ЭФ) заключается в том, что при рас-
пространении линейно поляризованного света через вещество, находящееся в магнитном
поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света на угол φ = νlB cos θ, где ν —
постоянная Верде; l — длина оптического пути; θ — угол между направлением распро-
странения света и вектором индукции магнитного поля ~B в веществе. В настоящее время
в связи с открытием новых материалов (прежде всего, ферромагнетиков (ФМ), прозра-
чных в оптическом диапазоне длин волн [1, 2]) интерес к ЭФ значительно возрастает, так
как он является удобным инструментом для исследования физических свойств самих ФМ.
В частности, ЭФ можно использовать для визуального наблюдения ФМ доменов [3], изу-
чения поведения намагниченности при различных типах воздействия на ФМ [4], а также
для создания устройств оптоэлектроники на базе ЭФ. Упомянем и регистрацию малых —
вплоть до 10−5 рад [5] углов поворота плоскости поляризации с помощью ячейки Фарадея,
что делает привлекательным применение ЭФ для создания на базе оптически прозрачных
ФМ в сочетании с элементами волоконной оптики различных типов датчиков магнитного
поля, тока и т. п.
С другой стороны, известно, что механическое деформирование ФМ вызывает измене-
ние их намагниченности. Этот эффект называют обратным магнитострикционным эффек-
том, или эффектом Виллари [6].
Возникает логичный вопрос — нельзя ли объединить оба эффекта для возможности
управлять в одном образце углом поворота плоскости поляризации электромагнитной вол-
ны (ЭМВ), которая проходит через поляризованный ФМ путем его непосредственной де-
формации. Другими словами, необходимо установить, существует ли подобный эффект
в ФМ, который вполне уместно будет назвать пьезомагнитооптическим эффектом (ПМОЭ).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №10 57
Для описания изменения магнитного поля в ФМ обратимся к феноменологической
теории магнитострикционных явлений [7]. В этой работе получены уравнения состояния
деформируемого ФМ, которые учитывают анизотропию и нелинейность его магнитных
свойств.
Предположим, что напряженность магнитного поля в ФМ содержит постоянную со-
ставляющую ~H0 и переменную ~H(t), т. е. ~H = ~H0 + ~H(t). Постоянная составляющая ~H0
необходима для первоначальной поляризации ФМ. Будем также полагать, что выполняет-
ся неравенство | ~H(0)| ≫ | ~H(t)|. Из уравнений состояния среды с магнитострикционными
эффектами [6] можно вывести выражения, которые определяют физическое состояние ФМ
сердечника в статическом и динамическом режимах, для постоянных и переменных вели-
чин, соответственно:
σ
(0t)
ij = cijklu
(0)
kl −
1
2
mklijH
(i)
o H
(j)
0 ,
B
(i)
0 = mjiklH
(j)
0 u0kl + µijH
j
0 ,
(1)
σij(t) = cijklukl(t)−mklijH
(i)
0 Hj(t),
Bi(t) = mjiklH
(j)
0 ukl(t) + µijHj(t).
(2)
Здесь σij — компонента тензора результирующих механических напряжений; cijkl — компо-
нента тензора модулей упругости размагниченного ФМ при постоянстве магнитного поля H;
uk,l — компонента тензора деформации ФМ; mjikl — компонента тензора магнитострик-
ционных констант; Bi — проекция вектора магнитной индукции; µij — компонента тензора
магнитной проницаемости в предположении постоянства деформации.
Уравнения (2) состояния среды можно представить с помощью тензора пьезомагнитных
констант в виде
σij(t) = cijklukl(t)−mkijH
(k)(t),
Bi(t) = miklukl(t) + µijH
(j)(t),
(3)
где mikl = mjiklH
(j)
0 — компоненты тензора пьезомагнитных констант в режиме постоянного
подмагничивающего поля ~H0.
Уравнения (3) описывают линейные относительно независимых переменных Hi(t)
и uij(t) эффекты в поляризованном постоянным магнитным полем ~H0 ФМ. При этом урав-
нения (3) справедливы в частотном диапазоне от нуля до области, где справедливость ква-
зистатического приближения нарушается.
Очевидно, что если рассматривать влияние деформации ФМ на поляризацию проходя-
щей сквозь него ЭМВ, можно прийти к заключению, что на выходе из деформируемого
ФМ произойдет поворот плоскости поляризации ЭМВ относительно первоначального по-
ложения на угол
φ = νl(B
(i)
0 +Bi(t)) cos θ = νL[mikl(ukl + ukl(t)) + µij(H
(j)
0 +H(j)(t))] cos θ. (4)
Из (4) видно, что в поляризованном постоянным магнитным полем ФМ должен возни-
кать дополнительный поворот плоскости поляризации ЭМВ, пропорциональный упругой
58 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №10
деформации образца. Можно отметить, что выражение (4) при отсутствии внешних механи-
ческих напряжений превращается в выражение, определяющее известный продольный ЭФ.
Интересным и полезным с практической точки зрения может оказаться ПМОЭ в ве-
ществах без поляризующего внешнего магнитного поля ~H0.Для этого надо предположить,
что ФМ имеет изначальную намагниченность. Это возможно в двух случаях. В первом ФМ
предварительно намагничивается и за счет остаточной индукции магнитного поля при ме-
ханических деформациях модулируется внутреннее магнитное поле. Для реализации такого
механизма ФМ должен иметь сильно выраженную анизотропию, поэтому ожидать суще-
ственного проявления ПМОЭ можно лишь при упругих энергиях, сопоставимых с энергией
анизотропии. Этот вариант, на наш взгляд, малоперспективный.
Во втором случае намагниченность может возникать без внешнего подмагничивающего
поля, т. е. в виде пьезомагнитного эффекта в кристаллах, обладающих магнитной структу-
рой, в частности, в антиферромагнетиках (АФМ) [8]. В качестве подтверждения приведем
результаты по измерению магнитного момента на АФМ образцах CoF2, где получен пьезо-
магнитный момент, пропорциональный сдвиговым напряжениям, вызывающим магнитный
момент и соответственно появление вектора ФМ ~M [9]. Таким образом, для АФМ можно
ожидать поворот плоскости поляризации ЭМВ, благодаря упругим деформациям и в отсут-
ствии внешнего магнитного поля ~H0.
На практике к исследуемому образцу обычно прикладывают силу, создавая упругие на-
пряжения σij. Поэтому в первом приближении, пренебрегая магнитострикционным вкладом
в упругие напряжения, можно для простоты положить σij(t) ≈ cijklukl(t). Тогда зависи-
мость динамической составляющей угла поворота плоскости поляризации φ(t) от соответ-
ствующей составляющей упругих напряжений σ(t) при ПМОЭ примет вид:
φ(t) = klσ(t) cos θ, (5)
где θ — угол между волновым вектором ЭМВ и поляризующим магнитным полем ~H0 либо
направлением ФМ вектора ~M (для слабых ФМ); k — постоянная ПМОЭ. Выражения (4)
и (5) прямо свидетельствуют о возможности ПМОЭ в ФМ и АФМ.
На основании результатов экспериментальных работ [6] и [9] можно сказать, что ожидае-
мый нижний порог измеряемых упругих напряжений с помощью ПМОЭ составит величину
порядка 105 Па.
В заключение заметим, что в практическом плане предсказанный ПМОЭ может иметь
неоспоримые преимущества в устройствах для измерения постоянных и низкочастотных
переменных давлений, где классические способы регистрации, основанные на эффекте Вил-
лари и законе электромагнитной индукции, малоэффективны.
1. Кринчик Г. С., Четкин М.В. Прозрачные ферромагнетики // Усп. физ. наук. – 1969. – 98, № 1. –
С. 4–25.
2. Туров Е.А., Колчанов А.В., Меньшин В.В. Симметрия и физические свойства антиферромагнети-
ков. – Москва: Физматлит, 2001. – 560 с.
3. Соколов Б.Ю. Влияние низкосимметричных механических напряжений на магнитные свойства бо-
рата железа // Журн. теор. физики. – 2006. – 76, № 5. – С. 56–61.
4. Стругацкий М.Б., Ягупов С.В., Наухацкий И.А. Намагничивание аксиально-напряженного моно-
кристалла бората железа // Уч. зап. Таврич. нац. ун-та В. И. Вернадского. – Сер. Физика. – 2007. –
20(59), № 1. – С. 74–77.
5. Дерюгин И.А., Кузнецов Ю.А., Тронько В.Д. Фотоэлектрический поляриметр инфракрасного диа-
пазона // Оптика и спектроскопия. – 1970. – 28, № 2. – С. 415–418.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №10 59
6. Szewczyk R., Bienkowski A., Kolano R. Influence of nanocrystalization on magnetoelastic Villari effect in
Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9 alloy // Cryst. Res. Technol. – 2003. – 38, No 3. – P. 320–324.
7. Власов К. Б. Некоторые вопросы теории упругих ферромагнитных (магнитострикционных) сред //
Изв. АН СССР. Сер. физ. – 1957. – 21, № 8. – С. 1140–1148.
8. Тавгер Б.А. Симметрия пьезомагнетизма антиферромагнетиков // Кристаллография. – 1958. – 3,
№ 3. – С. 342–345.
9. Боровик-Романов А.С. Пьезомагнетизм в антиферромагнитных фторидах кобальта и марганца //
ЖЭТФ. – 1958. – 36, № 6. – С. 1954–1955.
Поступило в редакцию 27.04.2010НТУ Украины “Киевский политехнический институт”
I. V. Linchevskyi
Rotation of a plane of polarization of an electromagnetic wave
in ferromagnetic, induced by their deformation
The opportunity to control a rotation angle of a plane of polarization of an electromagnetic wave
which passes through a ferromagnetic, by its direct deformation is predicted. This makes essence
of a new piezo-magneto-optical effect.
60 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30727 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T11:15:41Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Линчевский, И.В. 2012-02-12T09:56:32Z 2012-02-12T09:56:32Z 2010 Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией / И.В. Линчевский // Доп. НАН України. — 2010. — № 10. — С. 57-60. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30727 537.6+535 Передбачена можливість керування кутом повороту площини поляризації електромагнітної хвилі, яка проходить крізь феромагнетик, за рахунок його безпосереднього деформування, що є сутністю нового п'єзомагнітооптичного ефекту. The opportunity to control a rotation angle of a plane of polarization of an electromagnetic wave which passes through a ferromagnetic, by its direct deformation is predicted. This makes essence of a new piezo-magneto-optical effect. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Фізика Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией Rotation of a plane of polarization of an electromagnetic wave in ferromagnetic, induced by their deformation Article published earlier |
| spellingShingle | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией Линчевский, И.В. Фізика |
| title | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией |
| title_alt | Rotation of a plane of polarization of an electromagnetic wave in ferromagnetic, induced by their deformation |
| title_full | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией |
| title_fullStr | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией |
| title_full_unstemmed | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией |
| title_short | Вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией |
| title_sort | вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в ферромагнетиках, индуцированное их деформацией |
| topic | Фізика |
| topic_facet | Фізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30727 |
| work_keys_str_mv | AT linčevskiiiv vraŝenieploskostipolârizaciiélektromagnitnoivolnyvferromagnetikahinducirovannoeihdeformaciei AT linčevskiiiv rotationofaplaneofpolarizationofanelectromagneticwaveinferromagneticinducedbytheirdeformation |