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 [ править ]

Магнитооптический эффект Керра проявляется, когда свет отражается от намагниченной поверхности и может изменить 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. $\varepsilon$ . 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:

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

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

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

Геометрия [ править ]

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

Полярный МОК [ править ]

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 [ править ]

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 $E$ векторы, а именно стандартный амплитудный коэффициент отражения Френеля $r$ и коэффициент Керра $k$ . Коэффициент Керра обычно намного меньше коэффициента отражения.

Поперечная МОКЭ [ править ]

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, а вместо измерения полярности света после отражения измеряется отражательная способность. $r$ измеряется. Это изменение отражательной способности пропорционально компоненту 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 $|r+k|^{2}$ . 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 $|r-k|^{2}$ .

Квадратичный МОК [ править ]

Помимо полярного , продольного и поперечного эффектов Керра, которые линейно зависят от соответствующих компонентов намагниченности, существуют также квадратичные эффекты более высокого порядка: ^[2] для которого угол Керра зависит от членов произведения, включающих полярную , продольную и поперечную компоненты намагниченности. Эти эффектыназываются 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 [ править ]

Микроскопия [ править ]

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 [ править ]

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 [ править ]

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

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ 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 .
^ Гарсиа-Мерино, JA; и др. (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 .
^ Хамрле, Дж; и др. (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 .
^ Мудули, Пранаба; и др. (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 . ПМИД 21828544 . S2CID 3552070 .
^ Керр, Джон (1877). «О вращении плоскости поляризации при отражении от полюса магнита» . Философский журнал . 3 : 321. дои : 10.1080/14786447708639245 .
^ 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 [ править ]

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. Springer Science & Business Media. п. 507. ИСБН 978-0-387-22967-6 .

Внешние ссылки [ править ]

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

[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 др. (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 др. (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 др. (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 . ПМИД 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]