Cotton-Mouton-Effekt

Der Cotton-Mouton-Effekt ist ein magnetooptischer Effekt. Er beschreibt die durch ein (starkes) externes Magnetfeld bewirkte optische Doppelbrechung bei Ausbreitung des Lichtes senkrecht zur Magnetfeldrichtung in normalerweise optisch isotropen Materialien; er wird daher auch magnetische Doppelbrechung genannt.

Ein vergleichbarer elektrischer Effekt ist der Kerr-Effekt, bei dem die Stärke des Effektes ebenfalls quadratisch von der Stärke des – beim Kerr-Effekt elektrischen – Feldes abhängt.

Geschichte

Der Cotton-Mouton-Effekt wurde 1907 von Aimé Auguste Cotton und Henri Mouton an Nitrobenzol entdeckt[1] und kurze Zeit später auch an anderen organischen Flüssigkeiten[2] (z. B. Benzol und Toluol) nachgewiesen.

Beschreibung

Voraussetzung sind magnetisch polare Moleküle im Material – sie weisen eine elektrische und magnetische Anisotropie auf –, die durch das Magnetfeld eine erzwungene Ausrichtung erfahren und so die Durchstrahlungsverhalten von Licht (allgemein elektromagnetischen Wellen, also auch Mikrowellen etc.) verändern. Der Effekt tritt vor allem in Flüssigkeiten auf und ist wesentlich stärker als der Voigt-Effekt oder Majorana-Effekt. Er lässt sich am besten mit polarisiertem Licht dessen Polarisationsebene um 45° gegenüber dem Magnetfeld geneigt ist beobachten. In diesem Fall wird der Effekt (der Unterschied der Phasengeschwindigkeit), durch die senkrecht bzw. parallel zum Magnetfeld liegende Komponenten des Lichtes, maximiert. Das austretende Licht ist in diesem Fall elliptisch polarisiert.

\Delta n=C\ \lambda \ H^{2}

Dabei ist $C$ die Cotton-Mouton-Konstante, welche abhängig von Material, Wellenlänge und Temperatur ist und z. B. bei Nitrobenzol 3,81 × 10⁻¹⁴ A⁻² m (bei Zimmertemperatur und einer Wellenlänge von λ₀ = 589,3 nm) beträgt. Als Feldstärke $H$ geht jedoch nur der Beitrag senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts ein.[3]

In Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichts tritt der Cotton-Mouton-Effekt auch gemeinsam mit dem Faraday-Effekt auf. Er kann für die optische Messung der Magnetfeldstärke eingesetzt (z. B. mit speziellen Polarimetern) werden.

Siehe auch

Literatur

M. Freiser: A survey of magnetooptic effects. In: IEEE Transactions on Magnetics. Band 4, Nr. 2, 1968, S. 152–161, doi:10.1109/TMAG.1968.1066210.
C. Rizzo, A. Rizzo, D. M. Bishop: The Cotton-Mouton effect in gases: experiment and theory. In: Int. Rev. in Phys. Chem. Band 16, 1997, S. 81–111.
A. D. Buckingham, J. A. Pople: A Theory of Magnetic Double Refraction. In: Proceedings of the Physical Society. Section B. Band 69, 1956, S. 1133–1138.
Hasan-Nuri Blachnik: Untersuchung des Cotton-Mouton-Effektes in der isotropen Phase flüssigkristalliner Substanzen. Dissertation, Universität-Gesamthochschule Siegen, Fachbereich 8, 1999, DNB 984707301.

Einzelnachweise

A. A. Cotton, H. Mouton: Nouvelle propriété optique (biréfringence magnétique) de certains liquides organiques non colloïdaux. In: Comptes Rendus hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences Paris. Nr. 145, 1907, S. 229–231.
A. A. Cotton, H. Mouton: Sur la biréfringence magnétique des liquides organiques. In: Comptes Rendus hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences Paris. Nr. 145, 1907, S. 870–872.
Herbert Daniel: Physik. Band 3: Optik, Thermodynamik, Quanten. Gruyter, 2002, ISBN 978-3-11-016142-7.

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[1] A. A. Cotton, H. Mouton: Nouvelle propriété optique (biréfringence magnétique) de certains liquides organiques non colloïdaux. In: Comptes Rendus hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences Paris. Nr. 145, 1907, S. 229–231.

[2] A. A. Cotton, H. Mouton: Sur la biréfringence magnétique des liquides organiques. In: Comptes Rendus hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences Paris. Nr. 145, 1907, S. 870–872.

[3] Herbert Daniel: Physik. Band 3: Optik, Thermodynamik, Quanten. Gruyter, 2002, ISBN 978-3-11-016142-7.