磁光科爾效應 Magneto-Optical Kerr Effect

簡介

磁光科爾效應（Magneto-Optical Kerr Effect，MOKE）常用於薄膜的磁學特性量測，甚至是用在自旋電子元件中（極為微小）的自旋極化量的量測。如下圖所示，將薄膜樣品置於電磁鐵中間，用一束線偏極化的雷射光入射到薄膜表面，其反射光的偏振方向會些微的旋轉（Kerr rotation angle, θK），同時其偏極化狀態也會從線偏振轉成些微的橢圓偏振（Kerr ellipticity, εK）。由於變化很微小，一般都假設其變化與樣品的磁化率 M 成正比，因此，藉由測量 θK 或是 εK 隨著外加磁場的變化，我們即可獲得薄膜的磁滯曲線。對於常見的磁性材料鈷來說，當入射光線以四十五度入射次微米厚的鈷膜時，其 θK 約為 0.015 度[JMMM200 (1999) 664]；若是只有一奈米厚，則其訊號更小，約只有 0.002 度，所以是非常微小的變化。
磁光科爾效應的示意圖
但是我們仍可利用此效應來量測樣品的磁滯曲線，如下圖。
磁滯曲線的示意圖

原理

在磁性材料內部，上自旋和下自旋電子的能態密度是不一樣的,再加上自旋軌道角動量耦合之故，致使入射的左旋和右旋光子的反射率不一樣（大小不一樣，相位也不一樣），致使線性偏振光反射後，變成偏振方向旋轉，同時有些微橢圓偏振的光反射。可以參考此頁的模擬演示，即可清楚明瞭。

量測架構

磁光科爾效應的量測示意圖[JMMM200 (1999) 664]

參考文獻

  1. Z. Q. Qiu, and S. D. Bader, Surface magneto-optic Kerr effect (SMOKE), Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999) 664