透明な化合物磁性体を利用した光温度センサー

一般に立方晶形以外の結晶に光が入射すると, 二つの屈折光が現われ, いわゆる複屈折の現象を示す. 複屈折△nはその物質の誘電テンソルE_0に比例し, 偏光間の回転を起す. 通常の誘電物質では, E_0の湿度変化は極めて小さい. ところが磁性結晶のE_0は磁性を担う電子スピンの空間的相関関係に比例する部分を含んでいる. 即ち, Δn=Δn_o+CΣil〓j<SiSj>, ここでΔn_0は磁性によらない部分である. また<SiSj>は最近接スピン間の相関関係を表わす. Δn_0はその物質の結晶構造から決まり, その温度変化かは極めて小さい. 今, ある磁性化合物の温度を磁気相転移温度に向かって低下させると, 磁気的短距離秩序が発達し, 磁気エネルギーは大きくなる. このことを反映して△nと温度変化が期待され, 偏光面も温度によって変化する. △nと温度との関係は, あたかも熱電対における熱起電力と温度との関係に相当する. 電子スピンの空間的相関<SiSj>が広い温度範囲にわたって変化する物質として, 低次元磁性体がある. 今回, 我々は二次元強磁性体K_2CuF_4を母体とする混晶物質, K_2CuxMn_<1-X>F_4(XはCuイオン濃度)につき, Xの異なるいくつかの単結晶を製作して, △n〜Tの関係を測定した. その結果, Xの変化によって△n〜Tの線形性が良くなることを発見した. X=0.95の結晶では温度100K→300Kの変化に対して偏光面の回転向を360°にするには光源として波長632.8nmのヘリウムーネオンレーザーを用い, 結晶の厚さを2nmにすればよいことがわかった. 今後, さらに他の低次元物質についても調らべていく予定である.

一般に立方晶形以外の結晶に光が入射すると, 二つの屈折光が現われ, いわゆる複屈折の現象を示す. 複屈折△nはその物質の誘電テンソルE_0に比例し, 偏光間の回転を起す. 通常の誘電物質では, E_0の湿度変化は極めて小さい. ところが磁性結晶のE_0は磁性を担う電子スピンの空間的相関関係に比例する部分を含んでいる. 即ち, Δn=Δn_o+CΣil〓j<SiSj>, ここでΔn_0は磁性によらない部分である. また<SiSj>は最近接スピン間の相関関係を表わす. Δn_0はその物質の結晶構造から決まり, その温度変化かは極めて小さい. 今, ある磁性化合物の温度を磁気相転移温度に向かって低下させると, 磁気的短距離秩序が発達し, 磁気エネルギーは大きくなる. このことを反映して△nと温度変化が期待され, 偏光面も温度によって変化する. △nと温度との関係は, あたかも熱電対における熱起電力と温度との関係に相当する. 電子スピンの空間的相関<SiSj>が広い温度範囲にわたって変化する物質として, 低次元磁性体がある. 今回, 我々は二次元強磁性体K_2CuF_4を母体とする混晶物質, K_2CuxMn_<1-X>F_4(XはCuイオン濃度)につき, Xの異なるいくつかの単結晶を製作して, △n〜Tの関係を測定した. その結果, Xの変化によって△n〜Tの線形性が良くなることを発見した. X=0.95の結晶では温度100K→300Kの変化に対して偏光面の回転向を360°にするには光源として波長632.8nmのヘリウムーネオンレーザーを用い, 結晶の厚さを2nmにすればよいことがわかった. 今後, さらに他の低次元物質についても調らべていく予定である.