Dichroizmus

Dikroos réz (II) -acetát-monohidrát

A fizika, dikroizmus (a görög szó dichroos a „kétszínű”) az a tulajdonsága bizonyos anyagok a elnyelik a fény , hogy különböző mértékben attól függően, hogy a polarizáció .

Dikroikus anyagokkal optikai tengely van , így amikor az egyik polarizációs irányban átnézünk egy polarizációs szűrőn , az eltérő abszorpció miatt más szín látható, mint a másikban (közönséges és rendkívüli sugár). Vegyes színeket kapott közbenső polarizációs szög , ezért dikroizmus van is ismert pleochroism , különösen ásványtani ( régi Gr . Πλέον PLEON „több” és χρῶμα chroma „szín” vagy χρώσ chros „színeződés”, így a „többszínű”).

Amikor két optikai tengely fordul elő, három fő törési tengely van, az abszorpció a polarizáció három irányában különbözik, és az egyik trichroizmusról beszél . A többszínű kifejezi önmagát

• eltérő színmélységben , például: a sötétebb színekről a halványabb színekre váltás egyes turmalinokban , ill
• teljes színváltozásban például: szintetikus alexandrit , amelynek polarizációs szűrő nélkül sárga-zöld - ibolya - vörös-barna színváltozása van.

A dichroizmus az anyagok reflektív viselkedését is befolyásolja .

Továbbá, vannak olyan röntgen spektroszkópiai hatásokat, amelyek alapján a tengelykapcsoló a fotonok a X-ray tartományban bizonyos elektron pálya és a -ról kifejezés alá X-ray dikroizmus .

A dichroizmus összefügg a kettős töréssel , amelyben a komplex törésmutató valós része a polarizációtól függ. A képzeletbeli rész az abszorpciós együttható , és a polarizációtól való függése okozza a dikroizmust.

Egy másik kapcsolódó hatás az alexandrit hatás , amelyben az elnyelés nem a polarizációtól, hanem a fény hullámhosszától függ .

leírás

Egyes anyagok (főleg kristályok ) egy vagy több kiváló optikai tengellyel rendelkeznek.

Optikailag egytengelyű anyagokkal a beeső fény polarizációjától függően két részsugárra oszlik (mindig az elektromos térerősség vektorához kapcsolódik): a közönséges és a rendkívüli fénysugár . Az anyag eltérő abszorpciós viselkedést mutat e tengelyhez képest, azaz Vagyis, ha a közönséges sugár többé-kevésbé elnyelődik, mint a rendkívüli sugár, akkor dikroikus kristályról beszélünk. Megfelelően vastag kristály esetén a két részsugár egyikét elnyelik (egy küszöbérték alá), és csak a másikat továbbítják .

A hatás erősen hullámhossz-specifikus, és csak szűk spektrális tartományban jelentkezik, azaz Más szavakkal, a fény különböző hullámhosszánál az abszorpciós hatás nem jelentkezhet (akkor kettős törésről beszélünk ), vagy akár meg is fordítható. A dikroikus kristályok jellemzően kettős törésű és kettős törésű kristályok; Kivételek léteznek, ha nagyon specifikus határfeltételek léteznek (például a spektrális tartomány korlátozásai). Ha a "normális" -t nézzük, i. H. a teljes látható spektrum polarizálatlan, fehér fénye, a dikroikus anyagok polarizációtól függő abszorpciója bizonyos spektrális tartományok gyengüléséhez vezet, amely a fény színének változásaként érzékelhető.

A dikroizmus különösen akkor válik egyértelművé, ha lineárisan polarizált fényt sugároznak egy optikailag egytengelyű kristályra, amelynek két rezonancia- vagy természetes frekvenciája (extrém színe) van a látható spektrumtartományban, és az áthaladó fényt megnézzük. Ha most megváltoztatja a polarizáció irányát, a szélső színek akkor válnak láthatóvá, amikor a polarizáció merőleges vagy párhuzamos a kristály optikai tengelyével. A kettő közötti polarizációhoz ennek a két színnek a vegyes színei fordulnak elő, ezért az ásványtan gyakran beszél a pleochroismról általában . A tényleges megfigyelés szempontjából ez a kifejezésválasztás indokolt.

Bonyolultabb abszorpciós viselkedés fordul elő optikailag multiaxiális kristályoknál:

• az optikailag biaxiális kristályok két rendkívüli sugarat produkálnak, trichroizmust mutatnak ; egy egykristály lehet legfeljebb két optikai tengely.
• hasonlóképpen a kettőnél több optikai tengellyel rendelkező (poli) kristályok sok színű pleokroizmust mutatnak ; Ilyen kristályok csak sok egykristály ( polikristályos anyag) összekötésével hozhatók létre .

A dikroizmus foka

A dikroizmus mértékét a párhuzamos vagy merőleges polarizáció ( vagy ) abszorpciós együtthatói és az összegük közötti különbség aránya határozza meg :${\ displaystyle D}$${\ displaystyle K _ {\ párhuzamos}}$${\ displaystyle K _ {\ perp}}$

${\ displaystyle D = {\ frac {K _ {\ párhuzamos} -K _ {\ perp}} {K _ {\ párhuzamos} + K _ {\ perp}}}}$

Lineáris és körkörös dikroizmus

Körkörös dikroizmus: a jobb és a bal körkörösen polarizált fényre másképpen van hatással egy olyan réteg, amely egy optikailag aktív királis anyag egy enantiomerjét tartalmazza.

A dikroizmusban megkülönböztetik a beeső fény polarizációjának típusát:

• A lineáris dikroizmus azt a jelenséget írja le, hogy lineárisan polarizált fény esetén, a hullámhossztól függően, vagy a rendkívüli sugár erősebben elnyelődik, mint a hétköznapi, vagy fordítva. Ezt a hatást először a 19. század elején találták meg a drágakő turmalin egykristályaiban .
• a körkörös kettős töréshez hasonlóan fennáll a körkörös dichroizmus (más néven körkörös dichroizmus ) hatása is , amely leírja a jobb és balkezes polarizált sugárzás eltérő abszorpciós viselkedését egy optikailag aktív anyagban. Ezt a hatást először Aimé Auguste Cotton írta le 1896-ban , vö. Pamut hatás .

Alkalmazás és anyagok

Dikroikus anyagokat használnak. B. mint dikro polarizátor az elektromágneses spektrum látható tartományában . Az egyszerű huzalrács polarizátorok itt már nem használhatók, mert minél kisebb a hullámhossz, annál kisebb a szükséges rácsköz. Ezt már a közeli infravörös tartományban is nehéz elérni, a látható tartományban molekulák sorrendjére van szükség.

Edwin Herbert Land amerikai fizikusnak 1932-ben sikerült először dikroikus fóliákat gyártania. Ehhez, ő igazodik a hosszúkás szénhidrogén molekulák a polivinil-alkohol megfelelően melegítéssel és nyújtás az anyag. Ilyen polarizáló filmeket (ún. Polaroid szűrőket vagy filmeket ) nagyon gyakran használnak, és viszonylag olcsók. Viszonylag nagy területen előállíthatók és több mint 99% -os polarizációs fokot érhetnek el . Minőségük azonban (pl. Az elérhető transzmisszió vagy polarizáció mértékét tekintve ) alacsonyabb, mint a többi polarizátoré. Ezenkívül hátrányaik vannak a nagy fénykibocsátású alkalmazásokban . Az anyagban történő abszorpció következtében fellépő polarizáció felmelegedéshez vezet, és negatív hatással lehet a polarizátor tulajdonságaira, és szélsőséges esetekben akár tönkreteheti is.

De vannak olyan testek is, amelyek több anyagból készültek, amelyek dikro viselkedést mutatnak. Például a kénsav-jód-kininből ( herapatit ) készült tűket be lehet ágyazni a cellulózba, és dikro- polarizátorként (polarizációs filmként) használni. A dikroikus színezékeket ugyanúgy használják a műanyag fóliákban . Az ehhez szükséges festékmolekulák egyenletes összehangolását például mágneses vagy elektromos mezőkkel érik el .

Az analitikai kémiában a körkörös dikroizmust lehet alkalmazni az optikailag aktív királis molekulák szerkezetének elemzésére .

Az ásványtanban való felhasználáshoz lásd a következő fejezetet.

Pleokroizmus az ásványtanban

Az ásványtanban a dikroizmust használják az ásványok jellemzésére, és általában pleokroizmusnak nevezik. Az ásványi anyag pleokróm tulajdonságait dikroszkóp segítségével lehet meghatározni, és felhasználható a meghatározáshoz és a teszteléshez, különösen drágakövek esetében . A színmélységre gyakorolt ​​hatása különösen fontos a drágakővágók számára a vágás kiválasztásakor , hogy elkerüljék a túl sötét vagy világos (halvány) színeket.

A pleokroizmus tiszta, színes kövekkel, valamint átlátszatlanokkal is előfordul. Amikor a természetes fényt kb. 1 mm vastag, zöld turmalinból ( Verdelite ) készített lemezen továbbítják , a közönséges sugár gyakorlatilag teljesen elnyelődik, míg a rendkívüli fény csak gyengül.

A pleochroizmus speciális formái:

• a dichroizmus két különböző fő színt mutat és egytengelyű kristályokban fordul elő, azaz H. optikai tengelyű kristályokban .
• a trichroizmus három különböző fő színt mutat és biaxiális kristályokban fordul elő, azaz H. két optikai tengellyel rendelkező kristályokban.

A köbös kristályrendszer ásványai és az amorf anyagok nem mutatnak pleokroizmust .

Attól függően, hogy a közönséges és a rendkívüli sugár milyen színben különbözik egymástól, az objektumhoz bizonyos tulajdonságok rendelhetők a kristályszerkezet tekintetében ; Előfordulhat, hogy bizonyos kristályok esetén akár három különböző szín is láthatóvá válik, amikor a teszt során elfordítja őket:

Az elméleti alapokkal és annak okaival, hogy ilyen hatás bekövetkezhet-e, az elméleti kristálytan egyik részterületén foglalkozunk.

Az alexandrit , a hiditit , a kunzit , a rubin , a zafír és a turmalin szabad szemmel fedi fel a többszínű színt.

További példák:

• Andalucit - sárga, olajzöld, vörös-barna vagy sötétvörös
• Benitoit - színtelen, lilától indigókékig vagy zöldeskékig
• Kordierit - halványsárgától zöldig, ibolyától kék-liláig, világoskék
• Malachit - szinte színtelen, sárgászöld, mélyzöld
• Tanzanit - lila, kék és barna vagy sárga

Mágneses dichroizmus

Analóg módon a magneto-optikai hatások a kettőstörés , dikroizmusának bizonyos anyagok - vagyis a változás intenzitása vagy polarizációs állapotának a fényt, amikor áthalad az anyag - is befolyásolják a mágneses mezők ( mágnesesen indukált dikroizmus ). Itt különbséget tesznek:

• a lineáris mágneses dikroizmus (ritkán más néven mágneses lineáris dichroizmus, angol mágneses lineáris dichroizmus , MLD)
• a körkörös mágneses dikroizmus (más néven mágneses körkörös dichroizmus vagy mágneses körkörös dikroizmus, angol mágneses körkörös dikroizmus , MCD).

A körkörös mágneses dikroizmus bizonyos orbitálák különböző spin- elfoglalásának eredményeként fordul elő mágneses vagy mágnesezett anyagokban, amelyekben a mágnesezettség párhuzamosan áll a kör alakúan polarizált fény terjedési irányával . Különbséget tesznek a következők között:

• poláris geometria, amelyben a mágnesezés merőleges a felületre
• hosszanti geometria, amelyben a mágnesezés párhuzamos a felülettel a beesési síkban.

Itt a két polarizációs irány eltérő abszorpcióját alkalmazzuk, amely arányos a törésmutató képzeletbeli részével. A mért hatás tehát megfelel:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} \ mathrm {Im} (n _ {+} - n _ {-}) & = \ mathrm {Im} \ left ({\ sqrt {\ varepsilon _ {xx} + \ mathrm {i } \, \ varepsilon _ {xy}}} - {\ sqrt {\ varepsilon _ {xx} - \ mathrm {i} \, \ varepsilon _ {xy}}} \ right) \\ & \ approx \ mathrm {Re } \ balra ({\ frac {\ varepsilon _ {xy}} {\ sqrt {\ varepsilon _ {xx}}}} \ jobbra) \ end {igazítva}}}$

A mágneses dichroizmus mindkét formája a röntgensugárzás tartományában is előfordul (mágneses röntgensugárzás ):

• a lineáris mágneses röntgen dichroizmus (angol röntgen mágneses lineáris dichroizmus, XMLD)
• az erősebb körkörös mágneses röntgen dichroizmus (angol röntgen mágneses körkörös dichroizmus, XMCD; szintén mágneses röntgen körkörös dichroizmus, MXCD).

Az MCD különösen érdekes a lágy röntgen mágneses körkörös dikroizmusban , (S) X-MCD), ahol a nem használt valencia sáv - az elektronszerkezet spin- felbontással mérhető.

irodalom

• Herbert Daniel: Fizika: optika, termodinamika, kvantumok . Walter de Gruyter, 1998, ISBN 3-11-014630-4 , p. 192 . 
• Ludwig Bergmann, Heinz Niedig , Clemens Schaefer: Optika: Hullám- és részecskeoptika . Walter de Gruyter, 2004, ISBN 3-11-017081-7 , p. 557-559 . 
• Walter Schumann: Drágakövek és drágakövek. Minden faj és fajta a világon. 1600 egyedi darab . 13. átdolgozott és kibővített kiadás. BLV Verlags GmbH, München a. a. 2002, ISBN 3-405-16332-3 . 

web Linkek

• Ásványi atlasz: Dichroizmus (Wiki)
• Prof. Leopold Rössler ékszerszótára - pleokroizmus

Egyéni bizonyíték

1. B ^{a b} Ludwig Bergmann, Heinz low, Clemens Schaefer: Optika: hullám- és részecskeoptika . Walter de Gruyter, 2004, ISBN 3-11-017081-7 , p. 558 . 
2. ^ Amerikai GIA Gemológiai Intézet, Jeniffer Stone-Sundberg : Az Alexandrite orientálásának kihívásai: Az Usambara és más optikai hatások a szintetikus HOC-termesztésű orosz Alexandrite-ben . Letöltve: 2016. július 10.
3. ^ ^{A b} Herbert Daniel: Fizika: optika, termodinamika, kvantumok . Walter de Gruyter, 1998, ISBN 3-11-014630-4 , p. 192 . 
4. ↑ ^{a b c d} Manfred von Ardenne: A fizika hatásai és alkalmazásuk . Harri Deutsch Verlag, 2005, ISBN 3-8171-1682-9 , p. 777-778 . 
5. ^ Rainer Dohlus: Fotonika . Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 2010, ISBN 978-3-486-58880-4 . 
6. B ^{a b} Ekbert Hering, Rolf Martin, Martin Stohrer: Fizika mérnököknek . Springer, 2008, ISBN 978-3-540-71855-0 , pp. 584 . 
7. ^ Walter Schumann: Drágakövek és drágakövek. Mindenféle és fajta. 1900 egyedi darab . 16. átdolgozott kiadás. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5 , pp. 194 . 
8. An Szemléltető képet lásd a Kaliforniai Műszaki Intézet, Pasadena, Kalifornia, USA webhelyén .
9. ^ W. Roy Mason: Mágneses lineáris dikroizmus spektroszkópia . In: Gyakorlati útmutató a mágneses körkörös dikroizmus spektroszkópiához . Wiley-Interscience, 2007, ISBN 978-0-470-06978-3 , pp. 188 ff . ( korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).