자기광 커 효과

3. 종류

자기광 커 효과는 빛이 입사하는 방향과 자기장 영역의 배치에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다.

• 극 커 효과 (Polar): 반사면에 수직으로 자기장이 가해질 때 일어나는 커 효과
• 종 커 효과 (Longitudinal): 입사광과 반사광의 반사면에 대한 투영에 평행하게 자기장이 가해질 때 일어나는 커 효과
• 횡 커 효과 (Transversal): 입사광과 반사광의 반사면에 대한 투영에 수직으로 자기장이 가해질 때 일어나는 커 효과

3. 1. 극자기광 커 효과 (Polar MOKE)

3. 2. 종자기광 커 효과 (Longitudinal MOKE)

3. 3. 횡자기광 커 효과 (Transversal MOKE)

3. 4. 2차 자기광 커 효과 (Quadratic MOKE)

4. 원리

자기광 커 효과는 여러 방법으로 설명할 수 있다. 자기광 커 효과는 자화된 표면에서 빛이 반사될 때 나타나며, 편광과 반사율을 모두 변화시킬 수 있다. 자기광 커 효과는 자기적 물질을 통과하는 빛의 변화를 설명하는 패러데이 효과와 유사하다. 반대로, 자기광 커 효과는 자기적 표면에서 반사되는 빛의 변화를 설명한다.

자기광 커 효과는 로렌츠 힘의 관점에서 가장 쉽게 이해할 수 있다. 자화된 물체의 표면에 편광된 빛이 입사하면, 빛의 전기장에 따라 전자가 진동한다. 이때 전자는 자화된 물질 안에서 진동하며 로렌츠 힘을 받아 경로가 휘게 된다. 따라서 반사되어 나오는 빛은 처음 입사한 빛과 다른 편광을 갖게 된다.

자화된 물체 내부에서 유전율 텐서는 대각성분 이외의 성분(off-diagonal component)을 가지게 되는데, 이는 투자율을 이방성(anisotropic)하게 만든다.^[1] 빛의 속도는 투자율과 밀접한 관계를 가지므로, 빛의 방향에 따라 속도가 달라지게 된다.^[1] 즉, 반사되어 나오는 빛은 입사된 빛과 다른 특성을 가지게 된다.^[1]

유전율 $\backslash varepsilon$의 비대각 성분은 자기광 물질에 이방성 유전율을 부여하며, 이는 유전율이 방향에 따라 다르다는 것을 의미한다.^[1] 유전율은 물질 내 빛의 속도에 영향을 미치는데, 그 관계는 다음과 같다.

:$v\_p\; =\; \backslash frac\{1\}\{\backslash sqrt\{\backslash varepsilon\; \backslash mu\}\}$

여기서 $v\_p$는 물질을 통과하는 빛의 속도, $\backslash varepsilon$는 물질의 유전율, $\backslash mu$는 자기 투자율이다.^[1] 따라서 빛의 속도는 방향에 따라 달라지며, 이는 편광된 입사광의 위상 변동을 일으킨다.^[1]

이 효과는 커 각($\backslash theta\_k$)과 커 타원율($\backslash epsilon\_k$ 또는 $\backslash eta\_k$)로 정량화된다.^[1] 커 각은 선형 편광된 빛이 표본에 부딪힌 후 회전하는 각도이며, 커 타원율은 선형 편광된 빛의 반사로 생성된 타원 편광된 빛의 장반축과 단반축의 비율이다.^[1]

4. 1. 로렌츠 힘 관점

4. 2. 유전율 텐서 관점

5. 커 회전각 (Kerr Rotation Angle)

커 회전각(Magneto-optic Kerr rotation angle)은 빛의 편광 각이 광학적으로 활성인 자성 매질에서 반사될 때 그 회전각의 크기를 나타내는 값으로 복소수 값으로 표현된다.

: $\backslash theta\_K\; +\; i\backslash eta\_K$

한편, 자성 매질을 투과할 때 회전하는 각의 크기는 패러데이 회전각(Faraday rotation angle)이라고 한다.

6. 응용

6. 1. 커 현미경 (Kerr Microscope)

6. 2. 광자기 디스크 (Magneto-Optical Disk, MO)

6. 3. 기타 응용

참조

_[1] 서적 Magneto-Optics SpringerLink 2000
_[2] 논문 Magneto-conductivity and magnetically-controlled nonlinear optical transmittance in multi-wall carbon nanotubes 2018
_[3] 논문 Huge quadratic magneto-optical Kerr effect and magnetization reversal in the Co₂FeSi Heusler compound
_[4] 논문 Study of magnetic anisotropy and magnetization reversal using the quadratic magnetooptical effect in epitaxial Co_xMn_yGe_z(111) films
_[5] 논문 On Rotation of the Plane of the Polarization by Reflection from the Pole of a Magnet https://zenodo.org/r[...]
_[6] 논문 John Kerr and his Effects Found in 1877 and 1878 http://www.computati[...]
_[7] 논문 On Rotation of the Plane of the Polarization by Reflection from the Pole of a Magnet https://zenodo.org/r[...]
_[8] 논문 John Kerr and his Effects Found in 1877 and 1878 http://www.computati[...]