柯爾磁光效應(yīng)（magneto-optical kerr effect , moke）
a. 柯爾磁光效應(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越多的趨勢(shì)，其中柯爾磁光效應(yīng)magnetic-optic kerr effect （moke）也是重大的發(fā)展之一，由于柯爾磁光效應(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)、柯爾效應(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)和柯爾效應(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來作為surface magneto-optic kerr effect的代號(hào)來表示應(yīng)用磁光柯爾效應(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，開啟了超薄磁性物質(zhì)與介面磁性材料研究的新頁，表面磁光柯爾效應(yīng)更成為表面科學(xué)中磁性量度的重要工具。 柯爾磁光效應(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。因此柯爾磁光效應(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，許多有趣的現(xiàn)象是透過柯爾磁光效應(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，透過柯爾磁光效應(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)。 磁光柯爾效應(yīng)不僅僅運(yùn)用在量測(cè)上，具有柯爾效應(yīng)的材料有許多重要應(yīng)用。比如，由于目前無論是在工業(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越高。滿足此種要求的辦法是利用柯爾效應(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. 柯爾磁光效應(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。 磁光柯爾效應(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)象稱為磁光柯爾效應(yīng)。 物理上的成因，來解釋經(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)：柯爾旋轉(zhuǎn)角（kerr rotation angle）、柯爾橢圓率（kerr ellipticity）。柯爾旋轉(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。柯爾橢圓率，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：縱向柯爾效應(yīng)（longitudinal-moke）、橫向柯爾效應(yīng)（transverse-moke）、與極向柯爾效應(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
百科