Magneto-optic Kerr effect in Gd20Co80 alloy
Loading...
Date
2022
Authors
Kudin, V.
Rozouvan, S.
Stashchuk, Vasyl
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The magneto-optical Kerr effect in Gd20Co80 alloy and cobalt thin films has been studied in a broad spectral range applying spectral ellipsometry experimental technique. The results of the experiments showed the complex nature of the complex Kerr angle dispersion curves. A quantum mechanical formalism for degenerate and non-degenerate Landau levels for quasi-free electrons in ferromagnetic material has been developed in order to analyze the experimental data. The equivalence of relations for off-diagonal dielectric tensor elements for non-degenerate Landau levels to the classical case of the motion of quasi-free electrons along circular trajectories in a magnetic field has been theoretically shown. The degenerate Landau levels in this approach are the result of motion of electrons in small confined volumes near rare-earth alloy atoms. Rotation of light polarization occurs in this case due to transitions between subbands having different magnetic quantum numbers. This theoretical approach allowed us to interpret in detail shapes and sign of the complex Kerr angle dispersion curves, which actually include the contributions of optical transitions between degenerate and non-degenerate energy levels. The complex Kerr angle sign is determined by the magnetization magnetic field direction for non-degenerate Landau levels and the Hund rule for degenerate Landau levels.
Description
Магнітооптичний ефект Керра у тонких плівках сплаву Gd20Co80 та кобальту вивчено за допомогою експериментальної методики спектральної еліпсометрії у широкому спектральному інтервалі. Результати експериментів показали складний характер дисперсійних залежностей комплексного кута Керра. Для аналізу експериментальних даних було розвинуто квантовомеханічний формалізм вироджених і невироджених рівнів Ландау для квазівільних електронів у феромагнітному матеріалі. Для невироджених рівнів Ландау було теоретично показано еквівалентність співвідношень для недіагональних тензорних елементів діелектричної проникності класичному випадку руху квазівільних електронів вздовж циркулярних траєкторій у магнітному полі. Вироджені рівні Ландау при даному підході є результатом руху електронів у малих обмежених об’ємах біля рідкоземельних атомів сплаву. При цьому поворот поляризації світла відбувається внаслідок переходів між енергетичними рівнями з різними значеннями магнітного квантового числа. Даний теоретичний підхід дозволив у деталях проінтерпретувати хід та знак дисперсійних кривих комплексного кута Керра, які фактично включають внески від оптичних переходів між виродженими та невиродженими енергетичними рівнями. Знак комплексного кута Керра визначається напрямком магнітного поля намагніченості для невироджених рівнів Ландау та правилом Хунда для вироджених рівнів Ландау.
Keywords
gadolinium cobalt alloy, Landau levels, magneto-optic Kerr effect, article, сплав гадоліній кобальт, рівні Ландау, магнітооптичний ефект Керра
Citation
Kudin V. G. Magneto-optic Kerr effect in Gd20Co80 alloy / V. G. Kudin, S. G. Rozouvan, V. S. Stashchuk // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2022. - Vol. 25, no. 2. - P. 203-210. - https://doi.org/10.15407/spqeo25.02.203