非線形磁気光学効果による人工格子界面の評価

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455009
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 佐藤 勝昭 東京農工大学, 工学部, 教授 (50170733)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (00187981) ; 石橋 隆幸 東京農工大学, 工学部, 助手 (20272635) ; 森下 義隆 東京農工大学, 工学部, 助教授 (00272633)
• Keywords: 非線形磁気光学効果 / Fe / Au人工格子 / 4回対称パターン / 表面・界面の情報 / 電気四重極子

Research Abstract

非線形磁気光学効果は磁性体表面から出射した2次高調波光の偏光が磁化に応じて変化する効果である。電気双極子を考えた場合、中心対称をもつ物質のバルクでは2次高調波は発生しないが、薄膜の表面では中心対称性が破れているため、2次高調波発生は許容となる。従って、非線形磁気光学効果は、表面・界面の研究に極めて適した評価手段となる。このことが、本研究のきっかけとなった。
本研究では、まず、非線形磁気光学効果に関する文献調査を行い、その巨視的および微視的起源につき理論的な背景を把握し、現在までに各地で行われている非線形磁気光学効果の実験をまとめた。この結果にもとづき実験を企画した。
調査した試料は、研究分担者高梨弘毅が高真空蒸着法でMgO基板上に作製したFe(nML)/Au(nML)人工格子および分担者森下義隆がMBE法で作製したMnAs/GaAsヘテロ構造膜である。
励起光源はパルスチタンサファイアレーザで、発生した2次高調波光はフォトンカウンティング法で測定された。
非線形磁気光学効果は表面状態に敏感であるため、Fe(nML)/Au(nML)においてnの小さな人工格子では、Feの酸化が進み、データに再現性が無かった。MnAs/GaAsにおいても信号のばらつきが大きく、表面状態が良くないことがわかった。
これに対しFe(nML)/Au(nML)においてn=6,15の試料では非常に良好な2次高調波光信号が得られた。ビームスポットの位置を中心として試料を回転したところ、信号は明瞭な4回対称のパターンを示し、磁化の反転によりパターンはある方位に対し鏡映の関係になるようなシフトを示した。この結果はFe/Au人工格子がMgO基板上にエピタキシャル成長していることを示している。
理論解析によれば、4回対称パターンは電気双極子の範囲ではあり得ない。電気四重極子の寄与が重要であることがわかる。電気双極子による非線形感受率を磁化で展開することから得られる4階のテンソルの寄与が磁化による変化を特徴づけている。シミュレーションしたパターンは4回対称の方位角依存性を示した。
また、検光子の回転により非線形磁気力一回転角を求めたところ最大3.1°の回転角を示した。非線形磁気光学効果は、人工格子の研究に多くの情報を提供することが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 佐藤勝昭: "非線形磁気光学効果" 日本応用磁気学会第98回研究会資料. 85-90 (1996)
• [Publications] 佐藤勝昭: "光と磁気の新しい流れ-非線形磁気光学効果を中心に-" 日本応用磁気学会誌. 21. 879-886 (1997)
• [Publications] J.Gordon, H.Ikekame, T.Nakamura, J.Itabashi, H.Nagayoshi, K.Sato: "Growth of MnSb Thin Films on CdTe Substrates by Hot-Wall Epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.36[5B]. L607-L610 (1997)
• [Publications] H.Ikekame, Y.Yanase, T.Ishibashi, T.Saito, Y.Morishita, K.Sato: "Effect of Atomic Hydrogen Assistance on Hot-Wall Epitaxy Growth of MnSb/GaAs" J.Crystal Growth. 173. 218-221 (1997)
• [Publications] T.Ishibashi, T.Kawahara, K.Sato, K-JLee, I.Iguchi and M.Kawabe: "Anisotropic Transport Properties in Twin-Free Bi2Sr2CaCu20x Thin Films on Tilted LaALO3 (001) Substrates" Jpn.J.Appl.Phys.36[12A]. 7175-7176 (1997)
• [Publications] K.Sato, J.Abe, H.Ikekame, K.Takanashi, S.Mitani, H.Fujimori: "Magneto-optical characterization of Fe/Au artificially ordered alloy" J.Magn.Soc.Jpn.20,SI. 35-40 (1996)
• [Publications] K.Sato, K.Takanashi, H.Fujimori: "Magnetic and optical properties in metallic superlattices" Proc.14th Symp.Ion Beam Technology, Hosei Univ. Dec.1995. 17-24 (1996)
• [Publications] T.Ishibashi, K.Sato, K-J.Lee, T.Iguchi and M.Kawabe: "Crystallographic and anisotropic properties in untwinned Bi2Sr2CaCu20y thin films" Advances in Superconductivity IX, Proc ISS96, Sapporo, Oct 1996. 1089-1092 (1997)
• [Publications] K.J.Lee, I.Iguchi, T.Ishibashi, K.Sato, H.soutome, M.Kawabe: "Josephson junction properties of Bi2Sr2CaCu20y bicrystal junctions grown by sequential deposition echnique using molecular beam epitaxy" IEEE Trans. Appl.Superconductivity. 7[2]. 2300-2303 (1997)
• [Publications] K.Takanashi, S.Mitani, H.Fujimori, K.Sato: "Magneto-optical Kerr effect in Fe/Au superlattices modulated by integer monoatomic layers" Proc.Int.Conf.Magnetism,Cairns,July 1997,J.Magn.Magn.Mater. (in press).
• [Publications] K.Sato, H.Ikekame, M.Akita, Y.Morishita: "Magneto-opitcal spectra in MnSb and MnAs films prepared by atomic-hydrogen assisted hot wall epitaxy on GaAs" Proc.Int.Conf.Magnetism,Cairns,July 1997,J.Magn.Mater. (in press).
• [Publications] Y.Morishita, K.Iida, A.Tsuboi, H.Taniguchi and K.Sato: "Molecular-beam epitaxy of MnAs in the presence of atomic hydrogen" J.Cryst.Growth. (in press).
• [Publications] K.J.Lee, I.Iguchi, T.Ishibashi, K.Sato: "Crystallography and microwave properties of intrinsic Bi2Sr2CaCu2Oy Josephson junctions on off-axis sustrates" Physica C. 293. 212-215 (1997)
• [Publications] K.Sato, E.Takeda, M.Akita, S.Mitani, K.Takanashi, H.Fjimori: "Magnetooptical spectra in Fe-Au superlattices modulated by non-integer atomic layers" J.Magn.Soc.Jpn.21,S1(in press). (1997)
• [Publications] Y.Mitsuoka, K.Nakajima, K.Homma, N.Chiba, H.Muramatsu, T.Ataka, K.Sato: "Polarization properties of light emitted by a bet optical fiber probe and polarization contra" J.Appl.Phys.(in press).