大学院物理システム工学专攻2004年度 固体材料物性第4回.ppt

大学院理工学研究科　2004年度物性物理学特論第1回 －磁気光学効果とは何か－ 非常勤講師：佐藤勝昭 （東京農工大学大学院工学系） この講義のねらい ファラデー効果、磁気カー効果などの磁気光学効果は、日常的に応用されている物理現象ですが、この現象の起源を探る「学び」の過程で、電磁気学、古典電子論、量子論、固体物理、磁性論、材料科学など学部で学んだ知識を実のあるものにします。また、測定法、デバイス応用などを通じて、理学と工学の橋渡しを学びます。 今後学ぶ内容は、シラバスを参照してください。 今回学ぶこと： 磁気光学効果とはなにか 光の偏り 旋光性と円二色性 ガラスのファラデー効果 強磁性体のファラデー効果 磁気カー効果 磁気光学スペクトル その他の磁気光学効果 光磁気効果 光の偏り（偏光） 光は電磁波である。 電界ベクトルEと磁界ベクトルHは直交 偏光面：Hを含む面、振動面：Eを含む面 偏光の発見 １８０８年，ナポレオン軍の陸軍大尉で技術者のE.L. Malus がパリのアンフェル通りの自宅の窓からリュクセンブール宮の窓で反射された夕日を方解石の結晶を回転させながら覗いていた時発見された。 直線偏光 偏光面が一つの平面に限られたような偏光を直線偏光と呼ぶ。 直線偏光を取り出すための素子を直線偏光子という。 直線偏光子には、複屈折偏光子、線二色性偏光子、ワイヤグリッド偏光子、ブリュースタ偏光子などがある。 複屈折とは 方解石(calcite)の複屈折 文字が２重に見えている。 複屈折偏光子 復習コーナー質問 偏光子は結晶の軸方向に対する屈折率の異方性を利用しているようですが、なぜｓとｐとが分離できるのかわかりません。 複屈折があると、ｓ波とｐ波とで屈折率が異なるのでプリズム型にしたときカットの仕方により一方の波に対しては全反射に、他方の波に対しては透過にできるのです。 円偏光 ある位置で見た電界（または磁界）ベクトルが時間とともに回転するような偏光を一般に楕円偏光という。 光の進行方向に垂直な平面上に電界ベクトルの先端を投影したときその軌跡が円になるものを円偏光という．円偏光には右（回り）円偏光と左（回り）円偏光がある。どちらが右でどちらが左かは著者により異なっている。 復習コーナー質問 「時間を止めて電界ベクトルの軌跡をみると進行方向に左まわりになっている」とありますが、右円偏光は右まわりに回転しているのになぜ左まわりになるのでしょうか？伝搬する先(xの大きいところ)では、回転が遅れて到達するからです 旋光性と円二色性 物体に直線偏光を入射したとき透過してきた光の偏光面がもとの偏光面の方向から回転していたとすると，この物体は旋光性を持つという。 例) ブドウ糖、ショ糖、酒石酸等 これらの物質にはらせん構造があって，これが旋光性の原因になる。 復習コーナー質問 水溶液など分子の方向はバラバラなのにどうして全体で旋光性が出るのが不思議です。 螺旋構造の分子について回転のむき（カイラリティ）は、鏡映対称があっても変わらないというところがミソです。 旋光性の発見 物質の旋光性をはじめて見つけたのは、フランスのArago（1786-1853）で、1811年に，水晶においてこの効果を発見した。Aragoは天文学者としても有名で、子午線の精密な測量をBiot（１７７４－１８６２）とともに行い、スペインでスパイと間違われて逮捕されるなど波爛に満ちた一生を送った人である。Aragoの発見は Biotに引きつがれ、旋光角が試料の長さに比例することや、旋光角が波長の二乗に反比例すること（旋光分散）等が発見された。 円二色性 酒石酸の水溶液などでは、右円偏光と左円偏光とに対して吸光度が違うという現象がある。これを円二色性という。この効果を発見したのはCottonというフランス人で１８６９年のことである。彼は図２．４のような装置をつくって眺めると左と右の円偏光に対して明るさが違うことを発見した。後で説明するが（３．１節）、円二色性がある物質に直線偏光を入射すると透過光は楕円偏光になる。 酒石酸 ワインは、葡萄果実の酸を持つお酒です。この酸は主として酒石酸。ワインのなかでは、大部分が酸性酒石酸カリウムとして存在しています。この酸性酒石酸カリウムは、非常に溶解度が小さく、時に結晶として析出することがあります。この結晶が「酒石」で、「ワインのダイヤモンド」とも呼ばれています。気温の低いところに、ワインのボトルを長い間置くと、これが徐々に析出するのです。 クラマース?クローニヒの関係 旋光性と円二色性は互いに独立ではなく、クラマース?クローニヒの関係で結びついている。 旋光角のスペクトルは、円二色性スペクトルを微分したような形状を