1、大学院理工学研究科2004年度物性物理学特論第8回 磁気光学,佐藤勝昭,磁気光学効果測定法,直交偏光子法振動偏光子法回転検光子法変調法,光学遅延変調法測定楕円率評価,直交偏光子法(),直交偏光子法説明,検出器現出力，偏光子方位角p，検光子方位角A，回転F，(5.1)表P，A偏光子検光子透過方向角度表直交条件，PA/2，式(5.2),振動偏光子法,振動偏光子法説明,偏光子検光子直交，偏光子小角度0振幅角周波数p振動，信号出力ID,n：次関数,振動偏光子法説明(cont),F小，角周波数p成分光強度I0F比例，角周波数2p成分光強度I0比例，比F測定,回転検光子法,回転検光子法,検光子角周波数p回
2、転，Apt書，検出器出力ID， 表，光検出器D回転角周波数2倍角周波数2p電気信号現求回転角F，出力光位相，磁界場合大測定，/2旋光角求,変調器法,変調器法,試料効果起回転補償，自動的零位法測定行光検出器D出力0電流流偏光向回転試料回転打消感度上，加直流電流，変調用交流重畳，D出力，高感度増幅器増幅出力,変調器法,検出器出力ID，p成分強度sin(0F)比例信号0(0F)流電流直流成分。,楕円率測定法,円偏光変調法（光学遅延変調法）,(光弾性変調器)用,円偏光変調法原理,直線偏光（45)Y成分遅延円偏光座標変換右円偏光左円偏光対反射率 元座標系戻x軸角度透過方向検光子出力光 光強度求,円偏光変
3、調法原理,磁気光学書換0 K小= 0sinpt代入Bessel関数展開周波数p成分楕円率、2p成分回転角,円偏光変調法図解,図 (a)光弾性変調器(PEM) M生光学的遅延時間変化表図振幅0/2仮定正負円偏光対応試料S旋光性円二色性，電界軌跡図(b)示1周期間LP-RCP-LP-LCP-LP順変化(，LP直線偏光，RCP右円偏光，LCP左円偏光表)検光子透過方向射影図(c)示様時間対一定値旋光性軌跡図(d)，射影(e)示角周波数2prad/s振動一方，円二色性RCPLCP長差生，射影(g)角周波数prad/s成分現,円偏光変調法特徴,同光学系用旋光角楕円率測定特徴，変調法高感度化利点方法零位法
4、，何手段校正必要,磁気光学測定系,磁気光学測定上注意点,磁気光学測定，光源，偏光子，分光器，集光系，検出器一式必要，各機器分光特性問題，試料冷却必要場合，真空中測定必要場合，窓材透過特性問題,光源, （近赤外-可視)（近赤外-近紫外)重水素(紫外),偏光子,複屈折（）偏光子二色性偏光子（偏光板）偏光子,分光器,分解能明重点置選必要焦点距離25cm程度，f34望 回折格子刻線数波長特徴高次光必要,集光系,狭波長範囲：使用広波長範囲：使用色収差重要，石英用，0.42m間測定，f/f0.067，f15cmf1cm,検出器,光電子増倍管 半導体光検出器,電磁石冷却装置、素子配置,配置配置穴電磁石鉄芯超
5、伝導,電気信号処理,磁気光学効果用測定,電磁石,差動検出系,差動検出高感度化,偏光,偏光,偏光,偏光,+,出力,光,光,(Gd2Bi)(Fe4Ga)O12,磁気光学顕微鏡磁区観察,条件、磁化正負対対称、磁気、偏光子検光子角度90度度程度、得。,効果用磁区,効果観察(Gd,Bi)3(Fe,Ga)5O12磁区NHK技研玉城氏厚意,CCD磁気光学,磁性磁区変化,趙(東工大)、佐藤(農工大),各種材料磁気光学効果,局在電子系酸化物磁性体：磁性局在遍歴共存系磁性半導体：CdCr2Se4, CdMnTe遍歴電子系金属磁性体：Fe, Co, Ni金属間化合物合金：PtMnSb：TbFeCo, GdFeCo,
6、復習局在電子磁性遍歴電子()磁性,絶縁性磁性体：3d電子電子相関格子位置局在格子位置原子磁気交換相互作用合強磁性発現金属性磁性体：3d電子混成結晶全体広（遍歴電子）多数少数交換分裂相対的面以下電子数差磁気作磁性体：多数金属、小数半導体面付近電子100%偏極,復習局在電子系準位,Mott-Hubbard 局在（Mott絶縁体)電子相関幅十分大電子移動損dbanddband間Mott-Hubbard gapNiS2、V2O3電荷移動型局在(Charge-transfer絶縁体)Mott-Hubbard gap内p価電子帯dbandp価電子帯間charge transfer gapMnO, CoO,
7、 NiO, MnS,復習絶縁体,(a) Wilson型絶縁体、(b)Mott絶縁体、(c) 電荷移動絶縁体,E,DOS,DOS,E,DOS,DOS,DOS,DOS,E,upper Hubbard band,lower Hubbard band,Mott Hubbard gap,conduction band,valence band,Wilson gap,charge transfer gap,局在電子系磁性,局在電子系光学遷移,配位子場遷移(結晶場遷移)dn多重項間遷移；parity forbidden実際d軌道配位子軌道混成t2軌道e軌道分裂弱遷移普通磁気光学効果寄与小電荷移動遷移P軌道d
8、軌道遷移;allowed,磁性,磁性：YIG(Y3Fe5O12)鉄酸化物；Y希土類、Bi置換物性制御3：希土類：12面体位置占有鉄Fe3+：面体位置面体位置、反強磁性結合磁性体,結晶構造,電荷移動型(CT)遷移(強光吸収)2.5eV配位子場遷移(弱光吸収)面体配位：2.03eV面体配位：1.77eV,1.37eV,1.26eV,YIG光吸収,磁性3d52p6電子状態,品川,YIG磁気光学,電荷移動型遷移多電子系扱計算。,Bi置換磁性,Bi：面体位置置換回転係数：Bi置換量比例増加。Bi大軌道相互作用原因。Bi置換吸収増加結果的性能指数向上,Bi置換YIG磁気光学実験結果計算結果,計算3d=30
9、0cm-1,2p=50cm-1 for YIG2p=2000cm-1 for Bi0.3Y2.7IG,K.Shinagawa:Magneto-Optics, eds. Sugano, Kojima,Springer, 1999, Chap.5, 137,Co置換,YIG添加CoYIG領域大磁気光学効果，Co，交換相互作用軌道相互作用分裂3d電子系多重項間光学遷移説明,Co置換準位図,Co四面体位置入Fe置換，Si共添加2価(Co2)，添加3価(Co3)四面体配位Co2(3d7)Co3(3d6)電子準位 図示。,磁性半導体CdCr2Se4磁気光学,p型CdCr2Se4磁気光学温度変化図，誘電率非
10、対角成分示大変複雑多微細構造示各構造半値幅狭，遷移局所的起示唆,Photon Energy (eV),x=0.21,x=0.45,x=0.74,希薄磁性半導体CdMnTe,CdMnTe電子構造,II-VI族希薄磁性半導体：Eg()Mn濃度高側磁気効果(伝導電子局在磁気sd相互作用巨大値：磁気光学効果,Furdyna,Fe回転理論実験,復習強磁性金属磁性,多数()少数()電子間直接交換相互作用分裂、熱平衡電子移動、両占有数差生強磁性生。 磁気M、M=( n- n)B表。原子磁気非整数。,復習磁性,復習電子系磁気光学,金属磁性体磁性半導体光学現象，絶縁性磁性体異間遷移概念理解，d電子原子状態同様局
11、在準位，空間的広，状態場合，計算状態固有値固有関数求，久保公式基分散式計算,復習運動量演算子xy,運動量演算子第1項運動量演算子，第2項軌道相互作用寄与。導電率非対角成分,復習対角非対角成分,対角成分実数部，散乱寿命無限大，非対角成分虚数部， 置換，,(4.45),復習系磁気光学効果模式的説明,図 (a)示磁化存在左円偏光遷移右円偏光遷移完全打消結果，“xy0，磁化存在図 (b)JJ重心E，”xy (xy)分散型構造生“xy高対角成分実数部xx 示値E/倍，結合状態密度全幅，E正味偏極実効的軌道相互作用積比例量,復習磁性体偏極構造,Callaway, Wang, Phys. Rev. B16(
12、97)2095,占有状態密度差磁気決,軌道相互作用重要性,Misemer；Fe交換分裂大軌道相互作用大計算。磁気光学効果軌道相互作用比例，交換分裂対単純比例関係,(a),(b),(c),PtMnSb磁気光学,回転楕円率,誘電率対角成分,誘電率非対角成分,復習例：PtMnSb,L21型合金PtMnSb室温大回転角示物質知、理論家de Groot計算結果、初示。,Half metal典型例PtMnSb構造,復習半金属違,半金属semimetal。伝導帯価電子帯的重空間離場合。一方、英語half metal的半分金属表。計算結果、上向金属面、下向半導体、準位中物質呼。金属半導体半意味。、準位付近重、
13、伝導与電子100%偏極。,復習金属、半金属、,復習第原理計算実験,PtMnSb磁気光学第原理計算値(P. Oppeneer)実験値(K.Sato),GdCo膜磁気光学効果,希土類遷移金属合金膜磁気光学効果,希土類遷移金属合金膜磁気光学効果,軽希土類短波長側回転増強明Y-Co4f電子寄与考，長波長側増大Co由来考希土類違短波長現Tb4f電子系寄与Co寄与消方向働，NdCo加方向働，重希土類遷移金属反強磁性的結合対，軽希土類遷移金属強磁性的結合考,希土類(rare earth),周期表3属属Sc(#21),Y(#39) (#57#71)元素総称Ce (cerium), Pr (praseodymium), Nd (neodymium), Pr (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium) Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (thulium), Yb (ytterbium), Lu (lutetium),重希土類,軽希土類,周期表,
