J. Phys. France 44, 403-410 (1983)
DOI: 10.1051/jphys:01983004403040300

Role of molecular symmetry and molecular interactions in the Faraday effect of fluids

S. Wozniak^{1, 2}, B. Linder¹ et R. Zawodny<sup>3

1</sup>  Department of Chemistry, The Florida State University, Tallahassee, Florida 32306, USA
²  Permanent address : Nonlinear Optics Division, Institute of Physics, A. Mickiewicz University, 60-78 Poznan, Poland.
³  Nonlinear Optics Division, Institute of Physics, A. Mickiewicz University, 60-780 Poznan, Poland

Abstract
General expressions are developed for assessing the effects of molecular symmetry and molecular interactions on the rotation of plane polarized light in the presence of a static magnetic field. This is accomplished by writing the Verdet constant V as a sum of four terms : V = VD O + VPO + VDINT + VPINT where the subscripts 0 and INT refer, respectively, to the absence and presence of molecular interactions in the presence of the external magnetic field and the superscripts D and P denote, respectively, diamagnetic and paramagnetic contributions. The results, which are given in terms of c- and i-tensors and radial and radial-angular correlation functions, are analyzed in terms of magnetic point group symmetries and applied to rarefied and dense systems. From the experimental Verdet constants at atmospheric pressure we calculate the mean electromagnetic hyperpolarizability tensor α* 123(ω) for the molecules He, H2, N2, Cl 2, CO2, HCl, CO, NH3 and CH4. We also calculate α*123(ω) for liquid CS2 and C 6H6 and the contribution due to nearest neighbour interaction to the Verdet constant It is found that VDINT/ VDO = 22.8 % for CS2 and 8.4 % for C 6H6. We also list, for all magnetic point groups, the tensors which describe the Faraday effect.

Résumé
Une théorie est développée pour exprimer les effets de la symétrie et des interactions moléculaires sur la rotation de la lumière polarisée en présence d'un champ magnétique statique. La constante de Verdet est exprimée par une somme de 4 termes V = VDO + VP O + VDINT + VPINT où les indices 0 et INT indiquent, respectivement, l'absence et la présence d'interactions moléculaires sous l'effet du champ magnétique externe et où D et P représentent, respectivement, les contributions diamagnétiques et paramagnétiques. Les résultats, exprimés par des tenseurs c et i et par des fonctions de corrélation radiales et radiales-angulaires, sont analysés en termes de symétrie des groupes ponctuels magnétiques et appliqués aux systèmes dilués et condensés. Le tenseur moyen d'hyperpolarisabilité électromagnétique α*123(ω) pour les molécules He, H2, N2, Cl2, CO2, HCl, CO, NH3 et CH4 est calculé à partir des constantes de Verdet expérimentales mesurées à pression atmosphérique. Le tenseur α* 123(ω) pour CS2 liquide et C6H6 liquide et la contribution à la constante de Verdet provenant des interactions entre plus proches voisins sont aussi calculés. On trouve VD INT/VDO = 22,8 % pour CS2 et 8,4 % pour C6H6. Les tenseurs permettant de décrire l'effet Faraday sont également donnés pour tous les groupes ponctuels magnétiques.

PACS
3320 - Molecular spectra.

Key words
ammonia -- atomic polarisability -- carbon compounds -- chlorine -- Faraday effect -- helium atoms -- hydrogen compounds -- hydrogen neutral molecules -- molecular polarisability -- nitrogen -- organic compounds