金屬-電介質(zhì)復(fù)合體系的法拉第磁光特性.pdf

1、磁光效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和研究具有非常重要的意義。一方面，磁光效應(yīng)能應(yīng)用于闡明固體的能譜，了解物質(zhì)磁化的能級(jí)結(jié)構(gòu)，觀察磁化強(qiáng)度的分布。另一方面，由于激光和光電子學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)拓，磁光器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于磁記錄、光通信等尖端技術(shù)領(lǐng)域。磁光效應(yīng)在現(xiàn)代光學(xué)中亦具有非常重要的應(yīng)用。法拉第磁光效應(yīng)是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的磁光效應(yīng)。材料的成分和微結(jié)構(gòu)對(duì)材料的磁光特性都有影響。本文重點(diǎn)研究了不同結(jié)構(gòu)的金屬/電介質(zhì)復(fù)合體系的法拉第磁光效應(yīng)，主要集中在： 1、

2、復(fù)合梯度膜的法拉第磁光效應(yīng)。 作為一種新型復(fù)合材料--功能梯度材料，由于其特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了不同于傳統(tǒng)復(fù)合材料的物理性質(zhì)，從而引起了科學(xué)家的廣泛興趣。我們采用二次均質(zhì)化的近似理論，來(lái)研究金屬/電介質(zhì)梯度膜的法拉第磁光效應(yīng)。首先，我們運(yùn)用Bruggrnan有效媒質(zhì)理論，得到梯度膜的z層的等效介電常數(shù)張量。其次，我們均質(zhì)化整個(gè)梯度膜，求出整個(gè)梯度膜的有效介電常數(shù)張量。為突出梯度效應(yīng)，我們研究了在相同總體積分?jǐn)?shù)的情況下，梯度構(gòu)型p（z）

3、=α(z/W)m對(duì)法拉第磁光效應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)參數(shù)m增加，法拉第旋轉(zhuǎn)角的大小在等離子共振波段附近變小，同時(shí)伴隨等離子共振中心發(fā)生紅移。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)梯度構(gòu)型，在低頻區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)偏振面的旋轉(zhuǎn)方向的反轉(zhuǎn)，而在高頻區(qū)達(dá)到較大的法拉第旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步，我們考慮顆粒的形狀效應(yīng)，研究粒子的形狀對(duì)法拉第磁光效應(yīng)的影響。我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于非球形梯度金屬/電介質(zhì)膜，扁長(zhǎng)的球形顆粒更有利于增強(qiáng)法拉第磁光效應(yīng)。我們還運(yùn)用Maxwell-Gamett(MG)理論研究了稀

4、釋極限下的梯度膜的法拉第磁光效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)梯度效應(yīng)對(duì)法拉第轉(zhuǎn)角沒(méi)有影響。 2、周期性多層膜的磁光特性。 我們首先從麥克斯韋方程式推導(dǎo)出電磁波在一維各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)傳輸矩陣的一般表達(dá)式。我們運(yùn)用傳輸矩陣的方法，在Drude模型基礎(chǔ)上，研究了由磁性層(M)和電介質(zhì)層(G)交替組成的結(jié)構(gòu)為[MG]”的多層膜的法拉第磁光效應(yīng)。討論了周期重疊數(shù)n對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)角和透射率的影響以及法拉第旋轉(zhuǎn)角和透射率與磁性層厚度的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，由于

5、多層膜的局域效應(yīng)，隨著周期重疊數(shù)n的增加，法拉第效應(yīng)增強(qiáng)。由于干涉效應(yīng)，法拉第旋轉(zhuǎn)角和透射率在高頻區(qū)均出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。我們還進(jìn)一步研究了法拉第旋轉(zhuǎn)角與磁性層厚度的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)隨著磁性層厚度的增加，法拉第旋轉(zhuǎn)角也在增加。當(dāng)磁性層和電介質(zhì)層的厚度減小，周期重疊數(shù)增加，傳輸矩陣的方法可以回歸到有效媒質(zhì)理論的方法。因此，周期性多層膜的法拉第磁光效應(yīng)與周期重疊數(shù)n以及磁性層和電介質(zhì)層的厚度有關(guān)。因而可通過(guò)改變多層膜的周期重疊數(shù)和各層的厚度來(lái)改變多