磁光克尔效应的早期发展历程

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磁光克尔效应的早期发展历程

法拉第观察到线偏振光在磁场中通过一块铅硼硅酸盐玻璃时偏振面旋转。法拉第关于他的发现的报告立即引起了广泛的关注，因为这是第1次观察到光与磁之间的相互作用。这一效应很快被其他一些研究者证实。

磁光学的下一个亮点是1876年苏格兰科学家Rev. John Kerr发现的MO Kerr效应。克尔观察到线偏振光从磁性铁片表面反射后的偏振面旋转。克尔用磁极反射入射光，因此，这种特殊几何结构中的MO现象被称为极性磁光克尔效应(P-MOKE)，见图1。两年后，Kerr在线偏振光的反射中发现了类似的MO现象，但来自平面内磁化的铁片。这种现象现在被称为纵向莫克尔效应(L-MOKE)，其中入射面平行于磁化。

图一

法拉第和克尔的发现引起了人们对MO效应的浓厚兴趣。这些发现的一个主要的基本结果是，它们促使人们把光看作是一种电磁实体，这是以前没有人想到的。因此，MO效应在麦克斯韦的电磁学理论的发展中起了中心作用，而不是次要作用。法拉第效应的第1个应用是由法拉第自己提出的，他建议将其作为测量磁场强度的工具，因为它在磁场中似乎是线性的。后来在特殊制备的铁、钴和镍薄膜中对法拉第效应的测量表明，对这些铁磁性材料来说，线性依赖关系并不成立。在研究克尔效应时，里吉观察到反射光不仅显示出偏振面倾斜，而且还显示出偏振面倾斜变成椭圆极化。后一个量现在被称为克尔椭圆率。它zui初是由Zeeman 定量测量的，他是上世纪末研究Fe, Co和Ni中的克尔效应的科学家之一。在他的后续研究中，Zeeman发现了横向MO - Kerr效应(T-MOKE)，这是在Wind从理论上预测了第三种可能的几何形状，即横向或赤道几何形状(见图1)中的效应。不久之后，塞曼观察到塞曼效应，即Na原子在磁场中发射的光谱线分裂。其他随后的发现是在钠蒸气(Voigt 1899)、金属颗粒的胶体悬浮液(Majorana 1902)和顺磁液体(Cotton and Mouton 1907)中出现磁双折射。Voigt(1908)对MO现象的早期研究作了概述。

在20世纪初，MO现象已经成为一个重要的研究课题。量子力学还没有出现，因此对这些现象的理论理解是完全缺乏的。洛伦兹(1884)提出了法拉第效应的早期理论模型，该模型基于左圆偏振光和右圆偏振光与固体中的经典电子振子的耦合方式不同的观点。德鲁德(1900a, 1900b)进一步扩展了理论。对MO效应的基本认识随着量子力学的发展而增长。Hulme(1932)和Halpern(1932)首先提出法拉第效应是由自旋-轨道(SO)耦合下的自旋极化电子运动引起的。休姆在他的考虑中使用了克拉默斯-海森堡色散方程，该方程根据电偶极子算子的能量特征值和矩阵元素给出了折射率(克拉默斯和海森堡1925)。他通过考虑SO诱导的能量特征值分裂来解释左圆偏振光和右圆偏振光折射率的差异，但忽略了SO耦合对波函数的影响。Kittel(1951)认为，SO耦合对波函数的影响可以产生同样大的贡献。Argyres(1955)提出了一个更完整的公式，其中处理了SO相互作用和自旋极化。因此，在五十年代，磁光学的基本起源被理解为SO耦合和交换分裂的相互作用。在同一时期，从世纪之交到五十年代，实验技术不断改进，但没有新的发现可以报道。唯yi的例外是马约拉纳(1944)在应用磁场中发现顺磁性金属中的MO克尔效应。

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