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柯?tīng)柎殴庑?yīng)介紹以及柯?tīng)柎殴庑?yīng)原理
閱讀：2896 發(fā)布時(shí)間：2012-11-28
柯?tīng)柎殴庑?yīng)（Magneto-Optical Kerr Effect , MOKE）
A. 柯?tīng)柎殴庑?yīng)介紹
隨著磁性元件應(yīng)用日漸擴(kuò)展，基于磁性薄膜新穎的物理特性和高技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)磁性薄膜材料的研究有越來(lái)越多的趨勢(shì),，其中柯?tīng)柎殴庑?yīng)Magnetic-Optic Kerr Effect （MOKE）也是重大的發(fā)展之一,，由于柯?tīng)柎殴庑?yīng)可以簡(jiǎn)單的分析磁性薄膜材料的磁特性,，因此也漸漸受到了注目,。 磁光效應(yīng)包括法拉第效應(yīng),、柯?tīng)栃?yīng),、磁線振雙折射,、磁圓振二向色性….目前研究和應(yīng)用zui廣泛的磁光效應(yīng)為法拉第效應(yīng)和柯?tīng)栃?yīng)。
1845年,，法拉第發(fā)現(xiàn)沿外磁場(chǎng)方向的入射光經(jīng)玻璃（在一對(duì)磁鐵中間）透射后的光偏振面發(fā)生了旋轉(zhuǎn),，后來(lái)被稱為法拉第效應(yīng)（Faraday effect），受到了法拉第效應(yīng)的啟發(fā)之后,，在1876年又發(fā)現(xiàn)了入射光在物質(zhì)表面反射對(duì)光偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,，即為科爾效應(yīng)（Kerr effect），直到1985年，E.R. Moog和S.D. Bader兩位學(xué)者提出SMOKE來(lái)作為surface magneto-optic Kerr effect的代號(hào)來(lái)表示應(yīng)用磁光柯?tīng)栃?yīng)在表面磁學(xué)上的研究,，成功地得到一原子層厚度磁性物質(zhì)之磁滯曲線,，開(kāi)啟了超薄磁性物質(zhì)與介面磁性材料研究的新頁(yè)，表面磁光柯?tīng)栃?yīng)更成為表面科學(xué)中磁性量度的重要工具,。 柯?tīng)柎殴庑?yīng)對(duì)固體的自旋相關(guān)的電子能帶結(jié)構(gòu)相當(dāng)敏感,。因此柯?tīng)柎殴庑?yīng)是ㄧ種*的研究磁性材料中電子行為的實(shí)驗(yàn)方法。
近幾年來(lái),，許多有趣的現(xiàn)象是透過(guò)柯?tīng)柎殴庑?yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的,。 目前，應(yīng)用元件尺寸快速向輕薄短小推展,，元件中介面特性與高品質(zhì)介面之制作實(shí)居于關(guān)鍵地位,，透過(guò)柯?tīng)柎殴庑?yīng)對(duì)磁性超薄膜的研究不但帶動(dòng)相關(guān)科學(xué)知識(shí)之突破，對(duì)于微小元件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供重要參考資料,，更能有效地提升電子工業(yè)元件尺寸奈米化的技術(shù),。 磁光柯?tīng)栃?yīng)不僅僅運(yùn)用在量測(cè)上，具有柯?tīng)栃?yīng)的材料有許多重要應(yīng)用,。比如,，由于目前無(wú)論是在工業(yè)上科技、資訊的高度發(fā)展對(duì)儲(chǔ)存元件記錄密度的需求越來(lái)越高,。滿足此種要求的辦法是利用柯?tīng)栃?yīng)研發(fā)制造磁光記錄硬碟和光碟,。
附注：法拉第效應(yīng)的宏觀理論 一行進(jìn)光波被具有磁矩的物質(zhì)反射或透射后，光的偏振狀態(tài)就發(fā)生了變化,，這是具有磁矩的物質(zhì)與電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果,，因此此物理現(xiàn)象與介質(zhì)的介電常數(shù)張量ε、電導(dǎo)率張量σ,、磁導(dǎo)率張量μ有密切相關(guān),，由于磁光效應(yīng)的相互作用大多處在高頻的狀態(tài)下，因此ε幾乎掩蓋了σ所有的作用,。
B. 柯?tīng)柎殴庑?yīng)原理
由于一個(gè)磁性物質(zhì)外加一個(gè)磁場(chǎng),，或是一鐵磁性的材料自己本身的自發(fā)性磁化，會(huì)讓物質(zhì)內(nèi)部的折射產(chǎn)生磁雙折射（magnetic birefringence）的現(xiàn)象,，造成左旋光和右旋光的折射率不同,。 磁光柯?tīng)栃?yīng)的是指：當(dāng)一線偏振的入射光，經(jīng)磁性材料反射之后,，其反射光變成橢圓偏振光,。此現(xiàn)象稱為磁光柯?tīng)栃?yīng)。 物理上的成因,，來(lái)解釋經(jīng)磁性材料反射后造成的橢圓極化光,。我們可以理解一線偏振光可以分解成兩振幅相同的左旋光與右旋光,，而左旋與右旋光在磁性材料中有不同的吸收及反射系數(shù)，不同的行進(jìn)速度使得兩光造成相位差,，亦造成振幅上的不同,。此兩振幅不同、且具相位差的左旋光與右旋光,，在反射后則疊加成橢圓偏振光,。
MOKE所測(cè)量到的有兩種訊號(hào)：柯?tīng)栃D(zhuǎn)角（Kerr rotation angle）、柯?tīng)枡E圓率（Kerr ellipticity）,。柯?tīng)栃D(zhuǎn)角指的是反射光的橢圓極化面,，其長(zhǎng)軸與參考軸之夾角,，以θK表示之?？?tīng)枡E圓率,，指的是反射后的橢圓偏振光其橢圓率，通常以εK表示,。 MOKE依照其入射面與磁化方向的幾何關(guān)系,，又可區(qū)分為三種MOKE型式：縱向柯?tīng)栃?yīng)（longitudinal-MOKE）、橫向柯?tīng)栃?yīng)（transverse-MOKE）,、與極向柯?tīng)栃?yīng)（polar-MOKE）,。
（a）極化磁光科爾效應(yīng)（P-MOKE） PMOKE是指量測(cè)當(dāng)磁方向垂直于材料表面時(shí)的磁光效應(yīng)。這是三個(gè)科爾效應(yīng)中,，科爾旋轉(zhuǎn)角zui大,、zui明顯的。
（b）縱向磁光科爾效應(yīng)（L-MOKE） LMOKE是指量測(cè)當(dāng)磁化方向平行于材料表面及反射平面時(shí)的磁光效應(yīng),。
（c）橫向磁光科爾效應(yīng)（T-MOKE） TMOKE是指磁化方向平行于材料表面但垂直于反射平面的量測(cè)方式,。其zui大的優(yōu)點(diǎn)在于：即使入射光是非極化光源經(jīng)由磁性介質(zhì)反射后，其反射光的振幅也是磁化向量的線性函數(shù),。
一般而言,，MOKE所測(cè)量的磁光訊號(hào)，可以直接正比于材料的磁化強(qiáng)度（magnetization）,，不過(guò)必須考慮到磁光訊號(hào)的強(qiáng)度（intensity）容易受到主觀性的因素所影響,，如介質(zhì)的折射率、入射角,、入射光波長(zhǎng)…等,。若要將磁光訊號(hào)（Kerr signals）作為磁化強(qiáng)度（magnetization）來(lái)做理解，則必需控制各個(gè)影響磁光訊號(hào)的因素皆相同,，才可做為相互正比的對(duì)應(yīng)關(guān)系,。 磁光測(cè)量時(shí)，樣品的覆蓋層材料對(duì)于磁光訊號(hào)有重要的影響。
參考資料
顯微鏡百科
http://www.jiance17.com/
http://www.optical-sh.com.cn/