THz rühma uurimissuunad

Ajakirja Nature Physics 2012.a. oktoobrikuu numbri kaanel on avaldatud pilt magnetilise aine kristallvõrest, kus KBFI Terahertsspektroskoopia rühma osavõtul avastati, et elektromagnetkiirguse neeldumisel spinnlainetel avaldub magnetilise struktuuri kiraalsus.

Kiraalsel objektil on kaks vormi, mis teisenevad teineteiseks peegeldamisel, näiteks nagu parema ja vasaku käe keermega kruvid.

Avaldatud töös näidati, et Ba₂CoGe₂O₇ kristallile teatavates suundades magnetvälja rakendamisel sõltub terahertskiirguse neeldumine sellest, kas valgus levib piki magnetvälja või sellele vastu: ühel juhul neeldub kõik, teisel juhul peaaegu mitte midagi. Selline nähtus on võimalik, kui spinnlainetel on tugev vastasmõju polarisatsioonilainetega ning magnetiline struktuur on kiraalne.

Lihtsustatud seletus:

Aine kiraalsust saab määrata, mõõtes erinevust paremale ja vasakule ringpolariseeritud valguse neeldumises, sest ringpolariseeritud valgus on samuti kiraalne.

Elektromagnetkiirgusel on ka teist tüüpi kiraalsus. Nimelt moodustavad, vastavalt Maxwelli võrranditele kolm valgust iseloomustavat vektorit (valguse leviku suuna, elektrivälja komponendi ja magnetvälja komponendi vektorid) parema käe kolmiku. Kui muuta valguse leviku suund vastupidiseks, siis peab ka üks elektromagnetvälja komponentidest suuna muutma.

Valguse elektriline komponent on vastasmõjus aine laengutega ja magnetiline komponent vastasmõjus aine magnetmomentidega. Tavaliselt liiguvad laengud ja magnetmomendid aines sõltumatult ning elektromagnetkiirguse neeldumine toimub kas vastasmõjust laengutega, tüüpiliselt nähtavas piirkonnas, või vastasmõjust magnetmomentidega raadio ja mikrolainete sageduspiirkonnas.

Uued nähtused ilmnevad, kui laengud ja magnetmomendid ei liigu teineteisest sõltumatult ning magnetmomendid moodustavad kiraalse sümmeetriaga objekti. Näiteks on Ba₂CoGe₂O₇ kristallis levivate (hübridiseeritud Co ja O elektronide laengute) polarisatsioonilainete ja spinnlainete (Co magnetmomentide) vahel vastasmõju. Ajakirja Nature Physics oktoobrikuu numbris kirjeldatakse, kuidas selles aines THz piirkonnas ilmneb tugev magnetiline kiraalne dikroism: lineaarselt polariseeritud valguse neeldumine on erinev sõltuvalt valguse leviku suunast välise magnetvälja suhtes. Välise magnetvälja osaks on anda ette aine elektrilise polarisatsiooni ja magneetuvuse vahekord; elektromagnetlainel sõltub elektrilise ja magnetilise komponendi vahekord valguse leviku suunast. Seega THz-kiirguse levikul ühes suunas on faasivahekord sobiv, et ergastada hübridisatsioonilaineid aines ning kiirgus neeldub, kuid leviku suuna muutmisel faasivahekord muutub ning neeldumist ei ole.

Katsetest terahertsspektroskoopia laboris saab rohkem teada Jüri Krustoki tehtud filmist ja tippkeskuse EQUiTANT kodulehelt.