Дихроизм - фізична енциклопедія

НАНОЧАСТИНКИ ПРИХОДЯТЬ НА ДОПОМОГУ
Вчених хвилює питання, наскільки надійно захищені космонавти від великих доз радіації (адже вони позбавляються природного захисного «парасольки» - магнітного поля Землі). Особливо актуальна ця проблема в разі можливих пілотованих польотів на Місяць або Марс. Навіть спеціально розроблені матеріали не зможуть повністю убезпечити від космічної радіації. Далі.

Дихроизмом - разл. поглинання речовиною світла в залежності від його поляризації (анізотропія поглинання). Оскільки поглинання залежить також і від довжини хвилі, діхроічние речовини виявляються різно забарвленими при спостереженнях за різними напрямками, звідки і назв. "Д." (Від грец. Dichroos - двоколірний); правильніший термін "плеохроизм" (від грец. pleon - більше і chroa - колір), хоча він і менш уживаний. Д. був відкритий П. Кордье (P. Cordier) в 1809 на мінералі, названому кордиерита.

Розрізняють: лінійний Д.- разл. поглинання світла двох взаємно перпендикулярних лінійних поляризацій; кругової Д.- разл. поглинання світла з правої і лівої круговою поляризацією; в загальному випадку - еліптичний Д.- разл. поглинання світла з правого і лівого елліптіч. поляризацією. Д. веде за собою і відмінність в поглинанні природного світла в залежності від його напрямку поширення в речовині.

За міру Д. зазвичай приймається відношення, де - наиб. і найменувань. коеф. поглинання; для лінійного Д. зручно прийняти, де поляризації, для яких брало вимірюються квеф. поглинання, визначаються щодо виділених напрямків - оптич. або крісталлографіч. осей, осей молекули, напрямки орієнтує поле і т. п. Міра кругового Д. визначається як, де - коеф. поглинання світла відповідно з правого і лівого круговою поляризацією.

Д. можуть мати як речовини в конденсованих фазах, так і від. вільні молекули.

Поглинання світла молекулою може бути обумовлено переходами між разл. електронними рівнями і ін. (див. Молекулярні спектри) .Кожен перехід моделюється поглинає осциллятором, орієнтованим разл. чином або розташованим в різних місцях великої молекули, зокрема, має ланцюг сполучення (напрямок, в к-ром чергуються поодинокі і кратні зв'язку в молекулі). Відповідні смуги поглинання мають разл. Д. Смуги поглинання -переходів зазвичай Д. не мають через симетрії їх хвильових ф-цій; -переходить моделюються лінійним електричні. дипольним осциллятором, причому більш сильне поглинання відбувається для світла, поляризованого в напрямку ланцюга сполучення. Для цього напрямку (або для довгої осі молекули) прийнято позначення. Переходи (n - орбіталі, які беруть у хім. Зв'язку) частіше дають більш сильне поглинання перпендикулярно цьому ланцюзі. Відповідно для -переходів спостерігається лінійний Д. в першому випадку позитивний, у другому - негативний. Прикладом може служити барвник конго червоний (рис. 1). Тут для двох довгохвильових смуг (

500 і 540 нм, рис. б) поглинає осцилятор розташований уздовж ланцюга сполучення OO молекули; дві смуги в області 330-390 нм відносяться до нафталіновим групам, осі яких брало розташовані по CC [1].

Д. може спостерігатися не тільки на електронних, а й на коливальних переходах молекули, однак значно менший. Якщо даний перехід супроводжується одночасною зміною електричні. р і магн. т дипольних моментів, виникає кругової Д. Такамолекула зв. оптично активної (див. Оптична активність) .Круговим Д. володіють лише нецентросиметричних молекули [2]. Д. речовини, що складається з анізотропних молекул, залежить від їх відносного розташування. У газах або розріджених парах, де все орієнтації різновірогідні ( "ідеальний безлад"), а міжмолекулярні взаємодії слабкі. лінійний Д. відсутня, спостерігається кругової Д. описуваний скалярним твором (рт). При впорядкованої орієнтації анізотропних молекул з'являється і лінійний Д. кругової Д. описується векторним твором [рт]. У конденсованих середовищах анізотропне поглинання може виникати з двох причин: по-перше, воно може бути наслідком певної впорядкованої орієнтації анізотропних молекул; по-друге, в кристалі з'являються нові, т. н. кристаллич. структурні зв'язки, обумовлені колективними ефектами, напр. екситонні переходи в молекулярних кристалах (див. Молекулярні екситон), міжзонного переходи в напівпровідниках і т. д. [2, 3]. Прикладами сильно плеохроічних кристалів про впорядковано орієнтованими центрами є кристали турмаліну (одновісні) і оцтовокислої міді (двоосні). За другу причину сильний лінійний Д. з'являється в кристалі графіту, лінійний і круговий - в кристалах селену і телуру.

Мал. 1. а - Структура молекули барвника конго червоного: x. у - відповідно довга і коротка осі молекули, OO - орієнтація осцилятора довгому ланцюгу сполучення, CC - орієнтація осцилятора нафталіновою групи; б - спектр поглинання молекули конго червоного: 1 -, 2 -, 3 - лінійний дихроизм.

Характер і величина Д. в кристалах залежать від симетрії кристала і напрямку поширення світла. У кристалах є виділені напрямки (оптич. Осі), по яких світло потужність. поляризації поширюється без подвійного променезаломлення. Це можуть бути т. Н. ізотропні осі, пропускають без подвійного заломлення світло будь-якого напрямку поляризації, і т. н. кругові, пропускають без подвійного заломлення світло потужність. знака кругової поляризації; в цих напрямках спостерігається відповідно лінійний і круговий Д. В ін. напрямках має місце елліптіч. подвійне переломлення (поява двох хвиль з правого і лівого елліптіч. поляризацією) і елліптіч. Д. (т. Е. Різний поглинання цих хвиль). Кількість, властивості і орієнтація осей в поглинає кристалі визначаються його симетрією. Кубич. кристали оптично ізотропні, одновісні кристали мають одну ізотропну вісь, кристали нижчих сингоний мають і ізотропні, і кругові осі [4]. В кристалах, що не мають центру симетрії, Д. може бути обумовлений також наявністю в них просторової дисперсії першого порядку - гіротропії [2, 3], що виникає внаслідок особливостей його структури і внутрікрісталліч. поля. У подібних кристалах в області резонансів спостерігається кругової Д. в ізотропних середовищах (напр. Германат вісмуту) - в усіх напрямках; в одновісних (кварц, кіновар) - уздовж оптич. осі (в ін. напрямах - елліптіч. Д.); в двуосного (сульфат натрію, нітрит натрію) в усіх напрямках має місце елліптіч. Д.

У центросімметрічни кристалах може виникати лінійний Д. внаслідок наявності в них просторової дисперсії другого порядку, напр. кубич. кристали можуть внаслідок цього стати анізотропними і лінійно дихроїчними [3] (див. Дисперсія просторова). Сильним Д. володіють також багато полімери, зокрема біологічні. Д. отд. полімерних молекул сильно залежить від їх конформації, а Д. полімерної середовища - також і від ступеня і характеру впорядкованості цього середовища.

Лінійний Д. в конденсованих середовищах може бути створений штучно мн. способами. Напр. в плівках полімерів при їх розтягуванні полімерні ланцюжки орієнтуються зазвичай вздовж напрямку розтягування; якщо при цьому полімерні молекули володіють анізотропією поглинання, виникає Д. плівки. Д. з'являється також при введенні анізотропних (дихроїчних) молекул в прозору полімерну плівку з орієнтованими ланцюгами [5, 6], в прозорий звичайний кристал або структурований нематический рідкий кристал (рис. 2). В рідких кристалах [7] і колоїдах Д. часто може виникати в результаті орієнтації молекул в НЧ і постійних електричні. і магн. полях (див. Електрооптика, Магнітооптика). Сильні ел - магн. поля оптич. діапазону (лазерні) також надають ориентирующее дію на збудженому молекули. Можливо також недо-рої зміна конформації молекули, що приводить до зміни орієнтації молекулярного осцилятора щодо осей молекули і відповідно до зміни Д. При порушенні лінійно поляризованим світлом орієнтації збуджених молекул анізотропні і виникає Д. на збуджених станах. У лазерах це використовується для створення разл. посилення світла різної поляризації. Лінійний і кругової Д. з'являється при деформації молекули або її електронної оболонки внутр. полем середовища. Так, лінійний Д. виникає на смугах поглинання іонів, введених в нематический рідкий кристал. Круговий Д. індукується полем хірального розчинника, хіральної кристалічної. матриці.

Мал. 2. Лінійний дихроизм молекули (формула вгорі), введеної в орієнтований нематический кристал. По осі ординат - поглинання світла, полярізованногр і напрямку орієнтації.

Деформація електронної оболонки молекули при охолодженні або нагріванні призводить до Д. залежному від темп-ри (рис. 3).

Круговий Д. при впливі на електронну оболонку атомів або молекул постійного або НЧ зовн. магн. поля зв. магнітним круговим дихроизмом.

Явища Д. використовуються в прикладної крісталлооптіке і в мінералогії (для визначення мінералів і гірських порід), в хімії і біохімії для визначення структури молекул. Лінійний Д.пріменяется для отримання поляроидов .Елементи з керованим Д. використовуються як модулятори світлових потоків, пристрої індикації, відображення та зберігання інформації, елементи пам'яті і т. П.

Літ .: 1) Гайсенок В. А. Саржевський A. M. Анізотропія поглинання і люмінесценції багатоатомних молекул, Мінськ, 1986; 2) кизел В. А. Бурков В. І. гіротропії кристалів, M. 1980; 3) Аграновіч В. М .. Гінзбург В. Л. Крісталлооптіка з урахуванням просторової дисперсії і теорія екситонів, 2 видавництва. M. 1979; 4) Федоров Ф. І. Оптика анізотропних середовищ, Мінськ, 1958; 5) Thulstrup E. W. Aspects of the linear and magnetic circular dichroism of planar organic molecules, B. 1980; 6) Попов К. Р. Платонова І. В. Дихроизм смуг поглинання плоских молекул, орієнтованих в плівках прозорих полімерів, "Ж. прикл. Спектроскопії", 1978, т. 29, с. 717; 7) Блінов Л. M. Електро- і магнітооптика рідких кристалів, M. 1978. В. А. Кізел'.