Магнітооптика, магнетооптіка, розділ фізики, в якому вивчаються зміни оптичних властивостей середовищ під дією магнітного поля і що обумовлюють ці зміни особливості взаємодії оптичного випромінювання (світла) з поміщеною в поле речовиною.
Магнітне поле, як і всяке векторне поле, виділяє в просторі певний напрям; поле в середовищі додає цьому середовищу додаткову анізотропію, зокрема оптичну анізотропію . (Своєрідність симетрії, якою володіє магнітне поле, полягає в тому, що його напруженість Н і магнітна індукція В — не просто вектори, але осьові вектори .) Енергія атома (молекули, іона) середовища починає залежати від взаємного напряму поля і магнітного моменту атома; в результаті рівні енергії атома розщеплюються (інакше говорять, що поле знімає звиродніння рівнів). Відповідно, розщеплюються спектральні лінії оптичних переходів між рівнями (див. також Атом, Випромінювання, Молекула ). У цьому полягає один з ефектів М. — Зеемана ефект . Поляризація зєємановських компонент («відщеплених» ліній) різна (див. Поляризація світла ); тому в речовині, поміщеній в магнітне поле, поглинання таких же компонент проходящего світла (зворотний ефект Зеемана) різне залежно від стану їх поляризації. Так, при поширенні монохроматичного світла уздовж поля (продольномеффекте Зеемана) його право- і льовоциркулярно поляризовані складові поглинаються по-різному (так званий магнітний круговий діхроїзм), а при поширенні світла впоперек поля (поперечному ефекті Зеемана) має місце магнітний лінійний діхроїзм, тобто різне поглинання складових, лінійно-поляризованих паралельно і перпендикулярно магнітному полю. Ці поляризаційні ефекти проявляють складну залежність від довжини хвилі випромінювання (складний спектральний хід), знання якої дозволяє визначити величину і характер зєємановського розщеплювання в тих випадках, коли воно багато менше ширина спектральних ліній . (Аналогічні ефекти спостерігаються в люмінесценції .)
Розщеплювання спектральних ліній спричиняє за собою додаткове розщеплювання дисперсійних кривих, що характеризують залежність показника заломлення середовища від довжини хвилі випромінювання (див. Дисперсія світла . Заломлення світла ). В результаті при подовжньому (по полю) поширенні показники заломлення для світла з правою і лівою круговими поляризаціями стають різними (магнітне циркулярне подвійне променезаломлення ), а лінійно-поляризоване монохроматичне світло, проходячи через середовище, випробовує обертання плоскості поляризації . Останнє явище називається Фарадея ефектом . Поблизу лінії поглинання («скачка» на дисперсійній кривій) фарадєєвськоє обертання проявляє характерну немонотонну залежність від довжини хвилі — ефект Макалузо — Корбіно. При поперечному відносно магнітного поля поширенні світла відмінність показників заломлення для лінійних поляризацій приводить до лінійного магнітного подвійного променезаломлення, відомого як Коттона — Мутону ефект (або ефект Фохта).
Вивчення і використання всіх цих ефектів входить в круг проблем сучасною М.
Оптична анізотропія середовища в магнітному полі виявляється також і при віддзеркаленні світла від її поверхні. При такому віддзеркаленні відбувається зміна поляризації відбитого світла, характер і міра якого залежать від взаємного розташування поверхні, плоскість поляризації падаючого світла і вектора намагніченості . Цей ефект спостерігається в першу чергу для феромагнетиків і носить назву магнітооптичного Керр ефекту .
М. твердого тіла інтенсивно розвивалася в 60—70-і роки 20 століть. Особливо це відноситься к М. напівпровідників і таких магнітоупорядоченних кристалів, як ферити і антиферомагнетики .
Одне з основних магнітооптичних явищ в напівпровідниках полягає в появи (при приміщенні їх в магнітне поле) дискретного спектру поглинання оптичного випромінювання за краєм суцільного поглинання, відповідного оптичному переходу між зоною провідності і валентною зоною (див. Напівпровідники, Тверде тіло ). Ці так звані осциляції коефіцієнта поглинання, або осциляції магнітопоглинання, обумовлені специфічним «розщеплюванням» в магнітному полі вказаних зон на системи підзон — підзон Ландау. Оптичні переходи між підзонами і відповідальні за дискретні лінії поглинання. Виникнення підзон Ландау викликано тим, що електрони провідності і дірки в магнітному полі починають здійснювати орбітальні рухи в плоскості, перпендикулярній полю. Енергія такого руху може змінюватися лише стрибкоподібно (дискретно) — звідси дискретність оптичних переходів. Ефект осциляцій магнітопоглинання широко використовується для визначення параметрів зонної структури напівпровідників. З ним пов'язані і так звані междузонниє ефекти Фарадея і Фохта в напівпровідниках.
Підзони Ландау, у свою чергу, розщеплюються в магнітному полі унаслідок того, що електрон володіє власним моментом кількості руху — спином . За певних умов спостерігається вимушене розсіяння світла на електронах в напівпровіднику з переворотом спину відносно магнітного поля. При такому процесі енергія розсіюваного фотона змінюється на величину розщеплювання спину підзони, яке для деяких напівпровідників вельми велике. На цьому ефекті заснована плавна зміна частоти випромінювання потужних лазерів і створений светосильний інфрачервоний спектрометр надвисокого дозволу.
Великий розділ М. напівпровідників складає вивчення зєємановського розщеплювання рівнів енергії дрібних водородоподобних домішок і екситонів (див. також Квазічастинки ). Спостереження магнітопоглинання і віддзеркалення інфрачервоного випромінювання у вузькозонних напівпровідниках дозволяє досліджувати колективні коливання електронної плазми (див. Плазма твердих тіл ) і її взаємодія з фононами .
В прозорих феритах і антиферомагнетиках магнітооптичні методи застосовують для вивчення спектру хвиль спинів, екситонів, домішкових рівнів енергії і пр. На відміну від діамагнетіков і парамагнетиків, у взаємодії світла з магнітоупорядоченнимі середовищами головну роль грають не зовнішні поля, а внутрішні магнітні поля цих середовищ (їх напруженості досягають 10 5 —10 6 е), які визначають спонтанну намагніченість (підграток або кристала в цілому) і її орієнтацію в кристалі. Магнітооптичні властивості прозорих феритів і антиферомагнетиків можуть бути використані в системах управління лазерним променем (наприклад, для створення модуляторів світла; див.(дивися) Модуляція світла ) і для оптичного запису і прочитування інформації, особливо в електронно-обчислювальних машинах.
Створення лазерів привело до виявлення нових магнітооптичних ефектів, що виявляються при великих інтенсивностях світлового потоку. Показано, зокрема, що поляризоване по кругу світло, проходячи через прозоре середовище, діє як ефективне магнітне поле і викликає появу намагніченості середовища (так званий зворотний ефект Фарадея).
В тісному зв'язку з магнітооптичними явищами знаходяться явища оптичній орієнтації атомів, спинів електронів і ядер в кристалах, циклотронний резонанс, електронний парамагнітний резонанс та інші. Магнітооптичні методи використовуються при дослідженні квантових станів, відповідальних за оптичні переходи, физико-хімічні структури речовини, взаємодій між атомами, молекулами і іонами в основному і збудженому станах, електронної структури металів і напівпровідників, фазових переходів і пр.
Літ.: Борн М., Оптика, переклад з німецького, Хар., 1937; Вонсовський С. Ст, Магнетизм, М., 1971; Старостін Н. Ст, Феофілов П. П., Магнітна циркулярна анізотропія в кристалах, «Успіхи фізичних наук», 1969, т. 97, ст 4; Smith S. D., Magneto-optics in crystals, в книзі: Encyclopedia of Physics (Handbuch der Physik), v. 25, pt. 2a, B. — [а. о.], 1967.
