Жидкие кристаллы. Материалы для твердотельных лазеров. Физические процессы в магнитных материалах, страница 2

Жидкие кристаллы можно использовать в циферблатах, индикаторах, дисплеях. К достоинствам устройств, работающих на жидких кристаллах могут быть отнесены:

-простота изготовления,

-низкая стоимость,

-низкое энергопотребление.

Материалы для твердотельных лазеров

Основные элементы лазера:

– активная среда (рабочее тело),

– оптический резонатор,

– система оптической накачки.

Рабочее тело содержит примесные атомы, излучающие фотоны, при этом оно не участвует в генерации, однако должно удовлетворять следующим требованиям:

1)  обладать оптической прозрачностью,

2)  обладать высокой теплопроводностью,

3)  обладать оптической однородностью,

4)  обладать нагревостойкостью,

5)  обладать устойчивостью к излучению ламп накачки,

6)  обладать технологичностью,

7)  позволять вводить активаторы в нужной концентрации.

Перечисленным требованиям удовлетворяют многие окислы, в том числе вольфраматы, молибдаты, ниобаты, алюминаты, цирконаты, а также фториды.

Например:

Cr³⁺                       αAl₂O₃        рубин 

Ni³⁺                       Y₃Al₅O₁₂       иттрий-алюминиевый гранат

YAlO₃             алюминат иттрия

Dy²⁺                      CaF₂                  флюорит

Nd³⁺                      CaWO₄            шеелит

Магнитные материалы.

Физические процессы в магнитных материалах.

Для характеристики магнитных свойств материала вводят намагниченность J=M/V, где М – магнитный момент заданного объема V и индукцию магнитного поля , где  – магнитная восприимчивость,

μ – магнитная проницаемость

μ₀ = 4π_*10^-7 Гн/м – магнитная постоянная.

Магнитные материалы подразделяются на:

1) Диамагнетики - материалы с  < 0. К диамагнетикам относятся  инертные газы,  водород, азот,  вода, нефть, металлы Cu, Ag, Au, Zn, полупроводники Ga, Si, Ge, A^lllB^V, A^llB^Vl  , органические соединения, неорганические стекла, щелочно-галлоидные кристаллы,  все вещества с ковалентной связью, все вещества в сверхпроводящем состоянии. Для диамагнетиков ~ (-10^-6 – 10^-7) и  μ(Т) = const, т.к. тепловое движение не оказывает влияния на внутриатомные процессы.

2) Парамагнетики – материалы, в которых ориентации диполей внешним полем препятствует тепловое движение.  В слабых полях для них выполняется закон Кюри-Вейса =С/T, где C –константа  Кюри. (300°К) = 10^-3–10^-6. В сильных полях при низких температурах возможно состояние насыщения, когда все элементарные магнитные моменты ориентированы вдоль поля.

Парамагнетиками являются  кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, - соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных элементов.

3) Ферромагнетики.

 =  (Н, Т) ≈ 10⁶

Парамагнитными являются железо, кобальт, никель, гадолиний, диспрозий, гольмий, тербий, тулий, эрбий. Намагниченность происходит в несколько стадий:

Зона I соответствует обратимому смещению доменных стенок, II – необратимому смещению доменных стенок, III – вращению магнитного момента внутри домена, IV – техническому насыщению. В процессе перемагничивания образуется петля гистерезиса. Н_с – коэрцитивная сила – необходимая для обращения в 0 остаточной намагниченности.

Для характеристики магнитных свойств ферромагнетика вводят μ_н – начальную магнитную проницаемость, статическую магнитную проницаемость

, дифференциальную магнитную проницаемость

.

Намагниченность ферромагнетика зависит от температуры нелинейно:

Js – намагниченность в домене,

Тк – температура Кюри.

В ферромагнетиках существует спонтанная намагниченность, которая уменьшается и исчезает при переходе в парамагнитную фазу. Различают температуры Кюри для ферромагнитной фазы Тк^f и для парамагнитной фазы, где выполняется закон Кюри-Вейса:  = С/(Т-Тк). Несовпадение температур объясняется существованием в ферромагнетике даже при температурах, больших температуры Кюри, ближнего порядка в расположении спинов.