< Terug naar vorige pagina
Project
Nieuwe magneto-optische effecten in chirale media.
Dit doctoraatsproefschrift heeft als doel de invloed van magnetische velden op lichtmaterie interactie beter te begrijpen. Het bestaan van deze invloed bewees Michael Faraday bijna twee eeuwen geleden door metingenin glas. Sinds die eerste metingen is het onderzoeksveld enorm gevorderd en is het begrip van Faradayrotatie en andere magneto-optische effecten sterk gebeterd. Vanuit ons perspectief van de niet-lineaire optica wilden wij aan dit begrip bijdragen.
Om het onderzoeksveld te verrijken is een experimentele setup nodig die materialen magneto-optisch kan karakteriseren. Wij bouwden, kalibreerden en testten een setup die met gebruik van een enkele photoelastic modulator simultaan circulair dichroïsme,circulaire dubbele breking, magnetische circulair dichroïsme en Faradayrotatie meet. Omdat deze setup aan de basis ligt van onze verdere metingen en experimenten, hebben wij hem eerst grondig gekarakteriseerd.
Net als bij andere niet-lineaire optische effecten hebben wetenschappers oorspronkelijk Faradayrotatie onderzocht in anorganische materialen. Omdat organische materialen veel voordelen bieden ten opzichte van anorganische materialen, zoals hun flexibiliteit in verwerking en synthese, hebben wij ons onderzoek initieel gericht op organische materialen. Door vergelijkingen van computationele berekeningen met experimentele metingen ontwikkelden wij een model om de Faradayrotatie van kleine organische moleculen te voorspellen. Het model werkt in golflengtegebieden verwijderd van resonantie en is zo opgebouwd dat het uitgebreid kan worden naar grotere moleculen of bijkomende functionele groepen. Ondanks het nut van hetberekenen van Faradayrotatie in golflengtegebieden verwijderd van resonantie hebben wij daarna aangetoond dat resonantie een belangrijke invloed kan hebben op de Faradayrotatie. Wij namen gigantische Faradayrotatie waar op een klasse van moleculen met vloeibare kristallijne eigenschappen. Onze hypothese is dat deze gigantische Faradayrotatie veroorzaakt wordt door resonantie met een triplet toestand dichtbij die energie. Wij onderbouwen deze hypothese met tijdsafhankelijke dichtheidsfunctionaaltheorie berekeningen waarin triplet transities dichtbij deze energieën te vinden zijn.
Buiten de nieuwe organische materialen zijn er nog steeds anorganische materialen waarop verder magneto-optisch onderzoek nuttig kan zijn. Superparamagnetische nanopartikels bieden een uitstekende combinatie van relatief eenvoudige synthese, flexibiliteit in staalvoorbereiding en -verwerking en een zeer sterke magnetische respons. Daarom hebbenwij hun gedrag geanalyseerd in metingen met een wisselend magneetveld. Deze nanopartikels vertonen een karakteristieke respons bij de oneven harmonischen van de frequentie van het aangelegde magneetveld, waardoor zezelfs in complexe stalen snel geïdentificeerd en geanalyseerd kunnen worden. Verdere metingen in constante magneetvelden toonden hun beloftevolle eigenschappen aan voor hogere orde niet-lineaire optische metingen zoals magnetisch geïnduceerde tweede harmonische generatie.
Onze resultaten hebben bijgedragen tot het begrijpen van de invloed van magnetischevelden op lichtmaterie interactie. Wij hebben vooruitgang geboekt in het verstaan van de optische respons van zowel organische materialen als superparamagnetische materialen in een magneetveld. Beide soorten materialen tonen zijn veelbelovend voor zowel toekomstig, fundamenteel onderzoek als in verscheidene toepassingen zoals magnetometers en magnetoencephalografie. De in dit onderzoek verkregen resultaten bieden een vruchtbare basis voor verder onderzoek naar het optisch gedrag van deze materialen in een magneetveld.
Om het onderzoeksveld te verrijken is een experimentele setup nodig die materialen magneto-optisch kan karakteriseren. Wij bouwden, kalibreerden en testten een setup die met gebruik van een enkele photoelastic modulator simultaan circulair dichroïsme,circulaire dubbele breking, magnetische circulair dichroïsme en Faradayrotatie meet. Omdat deze setup aan de basis ligt van onze verdere metingen en experimenten, hebben wij hem eerst grondig gekarakteriseerd.
Net als bij andere niet-lineaire optische effecten hebben wetenschappers oorspronkelijk Faradayrotatie onderzocht in anorganische materialen. Omdat organische materialen veel voordelen bieden ten opzichte van anorganische materialen, zoals hun flexibiliteit in verwerking en synthese, hebben wij ons onderzoek initieel gericht op organische materialen. Door vergelijkingen van computationele berekeningen met experimentele metingen ontwikkelden wij een model om de Faradayrotatie van kleine organische moleculen te voorspellen. Het model werkt in golflengtegebieden verwijderd van resonantie en is zo opgebouwd dat het uitgebreid kan worden naar grotere moleculen of bijkomende functionele groepen. Ondanks het nut van hetberekenen van Faradayrotatie in golflengtegebieden verwijderd van resonantie hebben wij daarna aangetoond dat resonantie een belangrijke invloed kan hebben op de Faradayrotatie. Wij namen gigantische Faradayrotatie waar op een klasse van moleculen met vloeibare kristallijne eigenschappen. Onze hypothese is dat deze gigantische Faradayrotatie veroorzaakt wordt door resonantie met een triplet toestand dichtbij die energie. Wij onderbouwen deze hypothese met tijdsafhankelijke dichtheidsfunctionaaltheorie berekeningen waarin triplet transities dichtbij deze energieën te vinden zijn.
Buiten de nieuwe organische materialen zijn er nog steeds anorganische materialen waarop verder magneto-optisch onderzoek nuttig kan zijn. Superparamagnetische nanopartikels bieden een uitstekende combinatie van relatief eenvoudige synthese, flexibiliteit in staalvoorbereiding en -verwerking en een zeer sterke magnetische respons. Daarom hebbenwij hun gedrag geanalyseerd in metingen met een wisselend magneetveld. Deze nanopartikels vertonen een karakteristieke respons bij de oneven harmonischen van de frequentie van het aangelegde magneetveld, waardoor zezelfs in complexe stalen snel geïdentificeerd en geanalyseerd kunnen worden. Verdere metingen in constante magneetvelden toonden hun beloftevolle eigenschappen aan voor hogere orde niet-lineaire optische metingen zoals magnetisch geïnduceerde tweede harmonische generatie.
Onze resultaten hebben bijgedragen tot het begrijpen van de invloed van magnetischevelden op lichtmaterie interactie. Wij hebben vooruitgang geboekt in het verstaan van de optische respons van zowel organische materialen als superparamagnetische materialen in een magneetveld. Beide soorten materialen tonen zijn veelbelovend voor zowel toekomstig, fundamenteel onderzoek als in verscheidene toepassingen zoals magnetometers en magnetoencephalografie. De in dit onderzoek verkregen resultaten bieden een vruchtbare basis voor verder onderzoek naar het optisch gedrag van deze materialen in een magneetveld.
Datum:1 okt 2010 → 30 sep 2014
Trefwoorden:Magneto-optical effects, Superparamagnetic nanoparticles
Disciplines:Fysische chemie, Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica
Project type:PhD project