光と磁気-东京农工大学.ppt

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大学院工学研究科 磁性工学特論第8回 -光と磁気(2)- 佐藤勝昭 (東京農工大学副学長) 第7回講義で学んだこと: 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 復習コーナー 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 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。 復習コーナー 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もっている。 物理現象における応答を表す量の実数部と虚数部は独立ではなく、互いに他の全周波数の成分がわかれば積分により求めることができるという関係 復習コーナー 光学活性 旋光性と円二色性をあわせて光学活性という 物質本来の光学異方性による光学活性を「自然活性」とよぶ。 電界(電気分極)によって誘起される光学活性を電気光学(EO)効果という。 ポッケルス効果、電気光学カー効果がある。 磁界(磁化)によって誘起される光学活性を磁気光学(MO)効果という。 応力による光学活性をピエゾ光学効果または光弾性という 復習コーナー 非磁性体のファラデー効果 ガラス棒にコイルを巻き電流を通じるとガラス棒の長手方向に磁界ができる。このときガラス棒に直線偏光を通すと磁界の強さとともに偏光面が回転する。この磁気旋光効果を発見者Faradayに因んでファラデー効果という。 光の進行方向と磁界とが同一直線上にあるときをファラデー配置といい、進行方向と磁界の向きが直交するような場合をフォークト配置という。 復習コーナー ファラデー効果 ファラデー配置において直線偏光が入射したとき出射光が楕円偏光になり、その主軸が回転する効果 復習コーナー ヴェルデ定数 強磁性を示さない物質の磁気旋光角をθF、磁界をH、光路長lとすると、     θF =VlH と表される。V はヴェルデ定数と呼ばれ、物質固有の比例定数である。 復習コーナー 直交偏光子 2つの偏光子PとAを互いに偏光方向が垂直になるようにしておく 。(クロスニコル条件) この条件では光は通過しない。 復習コーナー ファラデー効果による光スイッチ PとAの間に長さ0.23 mのクラウンガラスの棒を置き106 A/m(=1.3T)の磁界をかけたとすると、ガラス中を通過する際にほぼ90゜振動面が回転して検光子Aの透過方向と平行になり光がよく通過する。 復習コーナー ファラデー効果の非相反性 ファラデー効果においては磁界を反転すると逆方向に回転が起きる。つまり回転角は磁界の方向に対して定義されている。ここが自然活性と違うところである。 図に示すように、ブドウ糖液中を光を往復させると戻ってきた光は全く旋光していないが、磁界中のガラスを往復した光は、片道の場合の2倍の回転を受ける。 復習コーナー 強磁性体のファラデー効果 ガラスのファラデー効果に比べ、強磁性体、フェリ磁性体は非常に大きなファラデー回転を示す。 磁気的に飽和した鉄のファラデー回転は1cmあたり380,000゜に達する。この旋光角の飽和値は物質定数である。 1cmもの厚さの鉄ではもちろん光は透過しないが薄膜を作ればファラデー回転を観測することが可能である。例えば30 nmの鉄薄膜では光の透過率は約70 %で、回転角は約1゜となる。 復習コーナー 代表的な磁性体のファラデー効果 復習コーナー ファラデー効果で磁化曲線を測る 強磁性体では旋光角は物質定数であるが、飽和していない場合には、巨視的な磁化に関係する量となる。従って、ファラデー効果を用いて磁化曲線を測ることができる。 ファラデー効果は磁化ベクトルと光の波動ベクトルとが平行なとき最大となり、垂直のとき最小となる、すなわち,磁化と波動ベクトルのスカラー積に比例する。測定に使う光のスポット径が磁区よりもじゅうぶん大きければ近似的にいくつかの磁区の平均の磁化の成分を見ることになる。 今回学ぶこと 磁気カー効果 光と磁気の

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