Optikai spektroszkópia csoport • Bordács Sándor, doktorjelölt • Demkó László, PhD

Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacute-modulaacutecioacutes spektroszkoacutepia Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacute-modulaacutecioacutes spektroszkoacutepia

maacutegneses eacutes bioloacutegiai alkalmazaacutesaimaacutegneses eacutes bioloacutegiai alkalmazaacutesai

Keacutezsmaacuterki Istvaacuten Fizika Tanszeacutek

Optikai spektroszkoacutepia csoport

bull Bordaacutecs Saacutendor doktorjeloumllt

bull Demkoacute Laacuteszloacute PhD

MSc-s diaacutekok

bull Butykai Aacutedaacutem

bull Kocsis Vilmos

bull Orbaacuten Aacutegnes

bull Szaller Daacutevid

BME kutatoacuteegyetemi paacutelyaacuten - 2011

bull Polarizaacutecioacute-modulaacutecioacutes meacutereacutestechnika elve

bull Mire joacute Eacuterintett tudomaacutenyteruumlletek

bull Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacute modulaacutecioacutes spektromeacuteter

bull Sajaacutet kutataacutesok

Modulaacutecioacutes meacutereacutestechnikaacutekModulaacutecioacutes meacutereacutestechnikaacutek

Lineaacuterisdikroizmuskettőstoumlreacutes

Cirkulaacuterisdikroizmuskettőstoumlreacutes

A feacuteny polarizaacutecioacutes aacutellapotai

+hellipx

y

Polarizaacutecioacute modulaacutecioacute fotoelasztikus modulaacutetorral Polarizaacutecioacute modulaacutecioacute fotoelasztikus modulaacutetorral (PEM)(PEM)

E

δ(t)=λ2sin(2πft)

δ(t)=λ4sin(2πft)

Dikroizmus raquo Intenzitaacutesmodulaacutecioacute

Cirkulaacuteris dikroizmus (CD)

Alapharmoacutenikus If = I0 sin(2πft)

Lineaacuteris dikroizmus (LD)

Maacutesodharmoacutenikus I2f = I0 sin(4πft)

δ(t)=λ2sin(2πft)

δ(t)=λ4sin(2πft)

E

piezo piezooptikai kristaacutely

λ2

λ4

Polarizaacutecioacute modulaacutecioacute fotoelasztikus modulaacutetorral Polarizaacutecioacute modulaacutecioacute fotoelasztikus modulaacutetorral (PEM)(PEM)

λ2

λ4

Polarizaacutecioacutesellipszometr

ia

CD ~ IfIdc

CK ~ I2fIdc

Polarizaacutecioacutesellipszometr

ia

LD ~ I2fIdc

LK ~ IfIdc

λ

λ

Polarizaacutecioacute modulaacutecioacute fotoelasztikus modulaacutetorral Polarizaacutecioacute modulaacutecioacute fotoelasztikus modulaacutetorral (PEM)(PEM)

MIEacuteRT PEM

bull Polarizaacutecioacutes ellipszometria

bullTisztaacuten csak alapharmoacutenikus

bullStabil modulaacutecioacutes frekvencia tipikusan f=50kHz

bull Szeacuteles hullaacutemhossztartomaacutenyt lefed (UV-IR)FAR-INFRARED

bull Polarizaacutecioacute-modulaacutecioacutes spektroszkoacutepia elve

bull Mire joacute Eacuterintett tudomaacutenyteruumlletek

bull Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacute modulaacutecioacutes spektromeacuteter

bull Sajaacutet kutataacutesok

Feheacuterjeszerkezet-meghataacuterozaacutes

Termeacuteszetes cirkulaacuteris dikroizmuskettőstoumlreacutesTermeacuteszetes cirkulaacuteris dikroizmuskettőstoumlreacuteskiraacutelis anyagokkiraacutelis anyagok

Enantiomerszelektiacutev kataliacutezis

Magnetoelektromos kristaacutelyok

-B +B

-θ +θFaraday (1845)Magneto-optikai forgataacutes

Maacutegneses cirkulaacuteris dikroizmuskettőstoumlreacutesMaacutegneses cirkulaacuteris dikroizmuskettőstoumlreacutesmaacutegneses anyagokmaacutegneses anyagok

Faraday MOKE MCD1845 ndash Faraday 1877 J Kerr

XMCD

Ciklotron rezonancia 1910 - P Drude W Voigt H Lorentz

NMR1938 ndash I Rabi

F Bloch EM Purcell

ESR1944 ndash Y Zavoisky B Bleaney

Hall1879 - E Hall

Lineaacuteris dikroizmuskettőstoumlreacutesLineaacuteris dikroizmuskettőstoumlreacutes

Alacsony szimmetriaacutejuacutedimenzioacutes kovaacutecskovaacutecsanyagok

Deformaacutecioacute megmunkaacutelaacutesi feszuumlltseacuteg

Folyadeacutekkristaacutelyok

bull Polarizaacutecioacute-modulaacutecioacutes spektroszkoacutepia elve

bull Mire joacute Eacuterintett tudomaacutenyteruumlletek

bull Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacute modulaacutecioacutes spektromeacuteter

bull Sajaacutet kutataacutesok

Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacutes spektromeacuteterSzeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacutes spektromeacuteter

λ4

Idc(x) ~intI(λ)cos(2πxλ)dλ Idc(λ)

If(x) ~intIf(λ)cos(2πxλ)dλ CD(λ)=If(λ)Idc(λ)

I2f(x)~intI2f(λ)cos(2πxλ)dλ CK(λ)=I2f(λ)Idc(λ)

Időskaacutelaacutek

Tdetektor lt TPEM lt Tlock-in lt Tspektrometer

~1μs 20μs ~01-1ms ~1ms

FFT

λ

Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacutes spektromeacuteterSzeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacutes spektromeacuteter

Iref(x) ~int[I(λ)-I(λ)]refcos(2πxλ)dλ Iref(λ)

ΔIC(x) ~ intΔIC(λ)sin(2πxλ) dλ CD(λ)=ΔIC(λ)Iref(λ)

ΔIL(x) ~ intΔIL(λ)cos(2πxλ) dλ LD(λ)=ΔIL(λ)Iref(λ)

FFT

Laacutethatoacute-koumlzeacutep infravoumlroumls Taacutevoli infravoumlroumls - THz

Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacutes spektromeacuteterSzeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacutes spektromeacuteter

FT-IR (Varian 670) Optikai raacutecsos (Cornerstone)

Infravoumlroumls 80meV700cm-1 14μm

UV 6eV48000cm-1 200nm

Pontossaacuteg

bull Polarizaacutecioacuteelfordulaacutes ellipticitaacutes ~ milifok

bull Relatiacutev vaacuteltozaacutes Δnn~10-5-10-4

bull Polarizaacutecioacute-modulaacutecioacutes spektroszkoacutepia elve

bull Mire joacute Eacuterintett tudomaacutenyteruumlletek

bull Szeacutelessaacutevuacute polarizaacutecioacute modulaacutecioacutes spektromeacuteter

bull Sajaacutet kutataacutesok

Kutataacutesi teruumlleteinkKutataacutesi teruumlleteink

Magneto-optikai Multiferro Bioloacutegiai Magneto-optikai Multiferro Bioloacutegiai anyagok anyagok rendszerek anyagok anyagok rendszerek

Optikai izolaacutetorokMO-i hullaacutemvezetők hellip

- Feacutemes maacutegnesesek- Komplex maacutegnesek- Maacutegneses feacutelvezetők- Maacutegneses feacutelvezetők

-B

-θ +θFaraday effektus

+B

Fundamentaacutelisan uacutejinformaacutecioacutetaacuterolaacutes hellip

- Korrelaacutelt maacutegnesek

Funkcioacute ~ struktuacuteraDiagnosztika hellip

- Feheacuterjeacutek- Malaacuteria- Maacutegneses jelzők

Optikai abszorpcioacute

Maacutegneses cirkulaacuterisdikroizmuskettőstoumlreacutes

Spin polarizaacutelt elektronszerkezet

Szeacutelessaacutevuacute optikai eacutes magneto-optikai Szeacutelessaacutevuacute optikai eacutes magneto-optikai spektroszkoacutepiaspektroszkoacutepia

S Bordaacutecs et alNew Journal of Physics12 053039 (2010)

ε (eV)

CuCrCuCr22SeSe44

Toumlkeacuteletes feacutelfeacutemToumlkeacuteletes feacutelfeacutem

CoCrCoCr22OO44

Magneto-optikaiMagneto-optikaifeacutelvezetőfeacutelvezető

Rekord MCD effektus

Maacutegneses finomszerkezet

1012 ζ

Kristaacutelyteacuter ΔE=085eV

Coulomb kh U=11eV

Spin-paacutelya kh ζ=024eV

Energiaskaacutelaacutek

Szeacutelessaacutevuacute optikai eacutes magneto-optikai Szeacutelessaacutevuacute optikai eacutes magneto-optikai spektroszkoacutepiaspektroszkoacutepia

S Bordaacutecs et alto be published

Maacutegneses teacuterkeacutepezeacutes mikromeacuteteres felbontaacutessalMaacutegneses teacuterkeacutepezeacutes mikromeacuteteres felbontaacutessal

Hangolt oumlsszeteacutetelű epitaxiaacutelis film SrRuO3 FM rarr CaRuO3 PM

L Demkoacute et al submitted to Nature Physics

Malaacuteria diagnosztika magneto-optikai uacutetonMalaacuteria diagnosztika magneto-optikai uacuteton

Plasmodium Falciparum

Malaacuteria pigment

100nm

Maacutegnesesen indukaacuteltlineaacuteris dikroizmus

Optikai anizotroacutepia ~10

Maacutegneses anizotroacutepia ~2

Malaacuteria diagnosztika magneto-optikai uacutetonMalaacuteria diagnosztika magneto-optikai uacuteton

Aacute Butykai et al to be published

Detektaacutelaacutesi kuumlszoumlb ~10ngml azaz ppm-es eacuterzeacutekenyseacuteg

Lin

eaacuteri

s di

kroi

zmus

Mindez olcsoacuten ~ $5000

100nm

Főbb egyuumlttműkoumldő partnerekFőbb egyuumlttműkoumldő partnerek

Magneto-optikai Multiferro Bioloacutegiai Magneto-optikai Multiferro Bioloacutegiai anyagok anyagok rendszerek anyagok anyagok rendszerek

Prof Y Tokura Tokyo University

Prof H Nakamura Kyoto University

Dr K Ohgushi Kyoto University

Prof CA Kuntscher University of Augsburg

Prof Y Tokura Tokyo University

Prof R Shimano Tokyo University

Dr T Rőőm National Institute of ChemPhys amp Biophys Tallinn

Prof Veacutertessy Beaacuteta Enzimoloacutegiai Inteacutezet

Prof Zelles Tivadar SE Oraacutelbioloacutegiai Tsz

Dr Boacuteta Attila KKKI

Koumlszoumlnoumlm a figyelmetKoumlszoumlnoumlm a figyelmet