基于人工微结构的磁光克尔效应研究

发布时间：2020-05-22 01:31

【摘要】：表面等离子体可以在亚波长尺度上操控电磁场,因此,在这些结构中可以打破衍射极限,同时具有磁性和等离子体性的磁等离子体,能够被外磁场所调控,已经是国内外研究的热点。基于光与材料相互作用前后偏振态分析的磁光克尔效应可以用来做基础研究和对磁光器件的表征。磁光克尔效应对磁等离子体十分的敏感,并且可以通过磁等离子体调制。利用磁等离子体,可以制备新颖的磁光材料和高性能的磁光设备,但是,具有高灵敏度、小体积、高信息集成度的磁光学器件是实现这一技术发展的必要条件。对于磁等离子体结构中磁光克尔效应的研究,我们主要进行了以下两个方面的工作:1.基于磁光测量的材料介电张量非对角元表征介电张量的非对角元是非常重要的一个参量,它可以表征磁光器件的性能。推导出非对角元的值是设计高性能磁光器件的关键,我们建立了一种根据磁光克尔转角和椭偏率计算材料介电张量非对角元的方法。通过Ag薄膜和Co/Ag薄膜样品进行验证,得到它们的对角元和非对角元,并通过公式（？）的光学常数计算验证了这种方法。最后通过分析计算结果推测出Co/Ag薄膜中磁光克尔效应的增强来自于Ag的等离子吸收边。2.不同的磁等离子体结构调控磁光克尔效应利用自组装聚苯乙烯纳米球(PSS)模板结合角度依赖膜沉积技术,制备了Glass/Cr/Ag/PSS/Fe/Ag磁等离子体结构,磁光克尔转角谱证实了对于θ=0°和θ=30°不同沉积角的磁等离子体结构其克尔转角也是不同的,但是反射谱却几乎一致。利用FDTD方法进行计算分析,通过对电磁场分布的模拟揭示了伍德-瑞利异常(Wood-Rayleigh anomalies,WRA)与不同表面等离子的耦合关系,即高强度、窄带宽的PMOKR峰来源于WRA和LSP在瑞利阻断波长处的耦合,对这一效应的研究可能为新的物理发现和高性能的磁光设备制造铺平了道路。
【图文】：

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raday 把一个圆柱形硼酸盐玻璃放入磁场中，观察到透射光的偏振面相对于入射光的面发生了一个微小的旋转[1,2,3]，从而说明了磁场与光具有相互作用。1877 年，John 察到线偏振光在磁场作用下的样品的表面反射时，其反射光的偏振态相对于入射光的态发生了改变，这个效应被称为磁光克尔效应[4,5]。随后，塞曼效应等磁光效应也相继现，人们开始了对磁光效应原理的探索和磁光效应应用的研究。根据光与磁光材料作物理机理的不同，磁光效应分为法拉第效应，磁线振双折射[6]，塞曼效应[7]，磁光克尔等。1.1 法拉第效应法拉第效应（图 1.1）也称为磁致旋光，是指一束线偏振光沿着平行于磁场的方向在中透射后，由于左、右旋圆偏振光在磁性介质中的折射率不同，透射光的偏振面相对射光的偏振面发生了微小的旋转。法拉第效应产生的根本原因是磁光介质内部的电子了光跃迁，在磁场作用下这种跃迁使得在磁性介质内部传输的左旋圆偏振光与右旋圆光产生一定的色散差，从而导致透射光的偏振面相对入射光的偏振面发生了旋转。

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第一章绪论.2 磁光克尔效应一束线偏振光入射到磁场作用下的材料表面时，其反射光的偏振面相对入射光的发生了一个旋转，同时原来的线偏振光变成了椭圆偏振光，这种现象被称为磁光克。如图 1.2 所示，根据磁化方向、样品表面和入射面之间关系的不同可以分为三种形向克尔效应（PMOKE）、纵向克尔效应（LMOKE）和横向克尔效应（TMOKE）。磁与光的入射面平行，与样品表面垂直，，这种形式为极向克尔效应（PMOKE）；磁化入射面和样品表面都平行，这种形式为纵向克尔效应（LMOKE）；磁化方向与样品行，与入射面垂直，这种形式为横向克尔效应（TMOKE）。
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O53

【参考文献】