Магнитооптический эффект Керра

В физике магнитооптический эффект Керра ( МОКЭ ) или поверхностный магнитооптический эффект Керра ( ДЫМ ) является одним из магнитооптических эффектов . Он описывает изменения света, отраженного от намагниченной поверхности. Он используется в материаловедении в таких устройствах, как микроскоп Керра, для исследования структуры намагничивания материалов.

Несколько зерен NdFeB с магнитными доменами, видимыми с помощью контрастного микроскопа Керра.

Определение

Магнитооптический эффект Керра проявляется, когда свет отражается от намагниченной поверхности и может изменять как поляризацию , так и интенсивность отраженного света . Магнитооптический эффект Керра аналогичен эффекту Фарадея , который описывает изменения в пропускании света через магнитный материал. Напротив, магнитооптический эффект Керра описывает изменения света, отраженного от магнитной поверхности. Оба эффекта являются результатом недиагональных составляющих диэлектрического тензора . Эти недиагональные компоненты придают магнитооптическому материалу анизотропную диэлектрическую проницаемость , что означает, что его диэлектрическая проницаемость различна в разных направлениях. Диэлектрическая проницаемость влияет на скорость света в материале: ${\displaystyle \varepsilon }$

${\displaystyle v_{p}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon \mu }}}}$

где – скорость света через материал, – диэлектрическая проницаемость материала, – магнитная проницаемость; и, таким образом, скорость света меняется в зависимости от его ориентации. Это вызывает флуктуации фазы поляризованного падающего света. ${\displaystyle v_{p}}$ ${\displaystyle \varepsilon }$ ${\displaystyle \mu }$

Этот эффект часто выражается количественно с точки зрения угла Керра и эллиптичности Керра. Угол Керра — это угол, на который повернется линейно поляризованный свет после попадания на образец. Эллиптичность Керра или (не путать с эллиптичностью из математики) — это соотношение большой и малой полуосей эллиптически поляризованного света, генерируемого в результате отражения линейно поляризованного света. ^[1] ${\displaystyle \theta _{k}}$ ${\displaystyle \epsilon _{k}}$ ${\displaystyle \eta _{k}}$

Геометрии

MOKE можно дополнительно классифицировать по направлению вектора намагниченности относительно отражающей поверхности и плоскости падения.

Полярный МОК

Когда вектор намагниченности перпендикулярен отражающей поверхности и параллелен плоскости падения, эффект называется полярным эффектом Керра . Чтобы упростить анализ, а также поскольку две другие конфигурации имеют исчезающее керровское вращение при нормальном падении, при проведении экспериментов в полярной геометрии обычно используется почти нормальное падение.

Продольный МОК

При продольном эффекте вектор намагниченности параллелен как поверхности отражения, так и плоскости падения. Продольная установка включает в себя свет, отраженный под углом от отражающей поверхности, а не перпендикулярно ей, как это используется для полярного MOKE. Точно так же линейно поляризованный свет, падающий на поверхность, становится эллиптически поляризованным, причем изменение поляризации прямо пропорционально компоненте намагниченности, параллельной отражающей поверхности и параллельной плоскости падения. Этот эллиптически поляризованный свет первого порядка имеет два перпендикулярных вектора, а именно стандартный амплитудный коэффициент отражения Френеля и коэффициент Керра . Коэффициент Керра обычно намного меньше коэффициента отражения. ${\displaystyle E}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle k}$

Поперечная МОКЭ

Когда намагниченность перпендикулярна плоскости падения и параллельна поверхности, говорят, что она находится в поперечной конфигурации. В этом случае падающий свет также не перпендикулярен отражающей поверхности, и вместо измерения полярности света после отражения измеряется отражательная способность. Это изменение отражательной способности пропорционально компоненте намагниченности, которая перпендикулярна плоскости падения и параллельна поверхности, как указано выше. Если компонент намагниченности направлен вправо от падающей плоскости, если смотреть со стороны источника, то вектор Керра добавляется к вектору амплитуды Френеля, и интенсивность отраженного света равна . С другой стороны, если компонент компонента намагниченности направлен слева от падающей плоскости, если смотреть со стороны источника, вектор Керра вычитается из амплитуды Френеля, и отраженная интенсивность определяется выражением . ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle |r+k|^{2}}$ ${\displaystyle |r-k|^{2}}$

Квадратичный МОК

Помимо полярного , продольного и поперечного эффектов Керра, которые линейно зависят от соответствующих компонентов намагниченности, существуют также квадратичные эффекты более высокого порядка, ^[2] для которых угол Керра зависит от членов произведения, включающих полярные , продольные и поперечные компоненты намагниченности. Эти эффекты называются эффектом Фойгта или квадратичным эффектом Керра. Квадратичный магнитооптический эффект Керра (QMOKE) сильно проявляется в сплавах Гейслера , таких как Co ₂ FeSi и Co ₂ MnGe ^{[3] [4]}

Приложения

Оптический эксперимент по наблюдению магнитооптического эффекта Керра

микроскопия

Микроскоп Керра использует MOKE для отображения различий в намагниченности на поверхности магнитного материала. В микроскопе Керра освещающий свет сначала проходит через поляризационный фильтр, затем отражается от образца и проходит через поляризационный фильтр анализатора , а затем проходит через обычный оптический микроскоп. Поскольку разные геометрии MOKE требуют разной поляризации света, поляризатор должен иметь возможность изменять поляризацию падающего света (круговую, линейную и эллиптическую). Когда поляризованный свет отражается от материала образца, может произойти изменение любой комбинации следующих факторов: вращение Керра, эллиптичность Керра или поляризованная амплитуда. Изменения поляризации преобразуются анализатором в изменения интенсивности света, которые становятся видимыми. Компьютерная система часто используется для создания изображения магнитного поля на поверхности на основе этих изменений поляризации.

Магнитные носители

Магнитооптические (МО) приводы были представлены в 1985 году. МО-диски записывались с помощью лазера и электромагнита. Лазер нагревает пластину выше температуры Кюри , и в этот момент электромагнит ориентирует этот бит как 1 или 0. Для чтения лазер работает с меньшей интенсивностью и излучает поляризованный свет. Анализ отраженного света показывает заметную разницу между 0 и 1.

Открытие

Магнитооптический эффект Керра был открыт в 1877 году Джоном Керром . ^{[5] [6]}

Смотрите также

• Эффект Фарадея
• Уравнения Френеля
• Джон Керр
• Тонкопленочная оптика
• Эффект Фойгта
• Эффект Зеемана

Рекомендации

1. Синагава, К. (2000). «Эффекты Фарадея и Керра в ферромагнетиках». Магнитооптика . Серия Спрингера по наукам о твердом теле. Том. 128. СпрингерЛинк. стр. 137–177. дои : 10.1007/978-3-662-04143-7_5. ISBN 978-3-642-08523-9.
2. Гарсиа-Мерино, JA; и другие. (2018). «Магнитопроводимость и магнитоуправляемое нелинейное оптическое пропускание в многостенных углеродных нанотрубках». Оптика Экспресс . 24 (17): 19552–19557. Бибкод : 2016OExpr..2419552G. дои : 10.1364/OE.24.019552 . ПМИД  27557232.
3. Хамрле, Дж; и другие. (2007). «Огромный квадратичный магнитооптический эффект Керра и перемагничивание в соединении Гейслера Co ₂ FeSi». Дж. Физ. Д: Прил. Физ . 40 (6): 1563. arXiv : cond-mat/0609688 . Бибкод : 2007JPhD...40.1563H. дои : 10.1088/0022-3727/40/6/S09. S2CID  6079803.
4. Мудули, Пранаба; и другие. (2009). «Исследование магнитной анизотропии и перемагничивания с использованием квадратичного магнитооптического эффекта в эпитаксиальных пленках Co _x Mn _y Ge _z (111)». J. Phys.: Condens. Иметь значение . 21 (29): 296005. Бибкод : 2009JPCM...21C6005M. дои : 10.1088/0953-8984/21/29/296005. PMID  21828544. S2CID  3552070.
5. Керр, Джон (1877). «О вращении плоскости поляризации при отражении от полюса магнита». Философский журнал . 3 : 321. дои : 10.1080/14786447708639245.
6. Вайнбергер, П. (2008). «Джон Керр и его эффекты, обнаруженные в 1877 и 1878 годах» (PDF) . Письма философского журнала . 88 (12): 897–907. Бибкод : 2008PMagL..88..897W. дои : 10.1080/09500830802526604. S2CID  119771088. Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2011 г.

дальнейшее чтение

• Звездин А.К.; Котов В.А. (1997). Современная магнитооптика и магнитооптические материалы . Институт физического издательства. п. 404. ИСБН 978-0-7503-0362-0.
• Этьен дю Тремоле де Лашессери; Д. Жиньу; Мишель Шленкер, ред. (2005). Основы магнетизма И. Спрингер Наука и деловые СМИ. п. 507. ИСБН 978-0-387-22967-6.

Внешние ссылки

• Kerr Calculation Applet - Java-апплет, вычисляющий угол Керра многослойных тонких пленок.
• yeh-moke - Бесплатное программное обеспечение рассчитывает магнитооптический эффект Керра для многослойных тонких пленок.
• Микроскоп MOKE – Магнитооптический микроскоп на эффекте Керра [PDF: 3,2 МБ]
• Учебное пособие MOKE – пошаговое руководство по продольному, полярному и поперечному магнитооптическому эффекту Керра.
• Широкополосная магнитооптическая керровская спектроскопия