磁気光学カー効果

物理学において、磁気光学カー効果( MOKE ) または表面磁気光学カー効果( SMOKE ) は、磁気光学効果の 1 つです。これは、磁化された表面から反射される光の変化を表します。これは、カー顕微鏡などのデバイスで材料科学の研究に使用され、材料の磁化構造を調査します。

磁気光学カー効果は、光が磁化された表面から反射されるときに現れ、偏光と反射強度の両方が変化する可能性があります。磁気光学カー効果は、磁性体を通る光の透過率の変化を説明するファラデー効果に似ています。対照的に、磁気光学カー効果は、磁性体から反射される光の変化を説明します。両方の効果は、誘電テンソル の非対角成分によって生じます。これらの非対角成分により、磁気光学材料に異方性誘電率が与えられます。つまり、方向によって誘電率が異なります。誘電率は、材料内の光の速度に影響します。 ${\displaystyle \epsilon }$

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

ここで、は物質を通過する光の速度、は物質の誘電率、は透磁率です。したがって、光の速度は光の向きに応じて変化します。これにより、偏光した入射光の位相に変動が生じます。 ${\displaystyle v_{p}}$${\displaystyle \epsilon }$${\displaystyle \mu}$

この効果は、カー角とカー楕円率で定量化されることが多い。カー角は、直線偏光がサンプルに当たった後に回転する角度である。カー楕円率（数学の楕円率と混同しないように）は、直線偏光の反射から生成される楕円偏光の長軸と短軸の比である。^[1]${\displaystyle \theta_{k}}$${\displaystyle \epsilon_{k}}$${\displaystyle \eta_{k}}$

MOKE は、反射面と入射面に対する 磁化ベクトルの方向によってさらに分類できます。

磁化ベクトルが反射面に対して垂直で、入射面に対して平行な場合、その効果は極性カー効果と呼ばれます。分析を簡素化するため、また他の 2 つの構成では垂直入射時にカー回転が消失するため、極性ジオメトリで実験を行うときは通常、ほぼ垂直の入射が使用されます。

縦方向効果では、磁化ベクトルは反射面と入射面の両方に平行です。縦方向の設定では、極性 MOKE で使用されるように、反射面に対して垂直ではなく、反射面から角度をつけて反射される光が関係します。同様に、表面に入射する直線偏光は楕円偏光になり、偏光の変化は反射面に平行で入射面に平行な磁化成分に正比例します。この 1 次楕円偏光には、標準のフレネル振幅反射係数とカー係数という 2 つの垂直ベクトルがあります。カー係数は通常、反射係数よりもはるかに小さくなります。 ${\displaystyle E}$${\displaystyle r}$${\displaystyle k}$

磁化が入射面に対して垂直で表面に対して平行な場合、横方向配置にあると言われます。この場合、入射光も反射面に対して垂直ではありませんが、反射後の光の極性を測定する代わりに、反射率を測定します。この反射率の変化は、上記のように、入射面に対して垂直で表面に対して平行な磁化成分に比例します。磁化成分が光源から見て入射面の右側を指している場合、カーベクトルはフレネル振幅ベクトルに加算され、反射光の強度は です。一方、磁化成分が光源から見て入射面の左側を指している場合、カーベクトルはフレネル振幅から減算され、反射強度は で与えられます。 ${\displaystyle r}$${\displaystyle |r+k|^{2}}$${\displaystyle |rk|^{2}}$

それぞれの磁化成分に線形に依存する極性、縦方向、横方向のカー効果に加えて、高次の二次効果もあり、^{[2] 、カー角は}極性、縦方向、横方向の磁化成分を含む積項に依存します 。これらの効果は、フォークト効果または二次カー効果と呼ばれます。二次磁気光学カー効果（QMOKE）は、 Co ₂ FeSiやCo ₂ MnGeなどのホイスラー合金で強く見られます^{[3] [4]}

カー顕微鏡は、磁性材料の表面の磁化の違いを画像化するために MOKE を利用しています。カー顕微鏡では、照明光は最初に偏光フィルターを通過し、次にサンプルで反射してアナライザー偏光フィルターを通過し、その後、通常の光学顕微鏡を通過します。異なる MOKE ジオメトリには異なる偏光が必要なため、偏光子には入射光の偏光 (円形、直線、楕円形) を変更するオプションが必要です。偏光がサンプル材料から反射されると、カー回転、カー楕円率、または偏光振幅のいずれかの組み合わせの変化が発生する可能性があります。偏光の変化はアナライザーによって光強度の変化に変換され、目に見えるようになります。これらの偏光の変化から表面の磁場の画像を作成するには、コンピューター システムがよく使用されます。

磁気光学 (MO) ドライブは1985 年に導入されました。MO ディスクはレーザーと電磁石を使用して書き込まれます。レーザーはプラッターをキュリー温度以上に加熱し、その時点で電磁石がそのビットを 1 または 0 として方向付けます。読み取り時には、レーザーは低強度で動作し、偏光を放射します。反射光が分析され、0 と 1 の顕著な違いが示されます。

磁気光学カー効果は1877年にジョン・カーによって発見されました。^{[5] [6]}

• ファラデー効果
• フレネル方程式
• ジョン・カー
• 薄膜光学
• フォークト効果
• ゼーマン効果

• Zvezdin AK; Kotov VA (1997)。現代の磁気光学と磁気光学材料。物理学研究所出版。p. 404。ISBN 978-0-7503-0362-0。
• エティエンヌ・デュ・トレモレ・ド・ラシェスリー。 D.ジヌー。ミシェル・シュレンカー編。 (2005)。磁気の基礎 I. Springer Science & Business Media。 p. 507.ISBN​ 978-0-387-22967-6。

• Kerr 計算アプレット – Java アプレット、多層薄膜の Kerr 角を計算します。
• yeh-moke – 多層薄膜の磁気光学カー効果を計算するフリーソフトウェア
• MOKE顕微鏡 – 磁気光学カー効果顕微鏡 [PDF: 3.2MB]
• MOKE チュートリアル – 縦方向、極方向、横方向の磁気光学カー効果に関するステップバイステップのチュートリアル。
• 広帯域磁気光学カー分光法