Les effets magnéto-optiques mettent en jeu l'interaction du champ électrique associé à l'onde lumineuse avec l'aimantation du matériau. Succinctement, on écrira que les électrons du matériau éclairé vibrent sous l'action du champ électrique de l'onde électromagnétique incidente. Si on considère par exemple un métal, cela se traduit par la circulation des courants de Foucault bien connus, responsables entre autres des propriétés réfléchissantes caractéristiques des bons conducteurs électriques.
Dans le cas d'un matériau ferromagnétique, le milieu matériel est structuré en domaines de Weiss. Ces régions présentent des aimantations uniformes, variables en direction d'un domaine à l'autre. On y observe donc également un champ d'induction B (qu'on ne doit pas confondre avec le champ d'induction transporté par l'onde électromagnétique). Les électrons animés de la vitesse v induite par le champ électrique de l'onde sont alors soumis à la force de Lorentz, F =-e v x B, différente d'un domaine à l'autre. Il s'ensuit que les propriétés des ondes transmise ou réfléchie diffèrent légèrement en fonction du type de domaine éclairé. Cela permet, dans les cas favorables, de cartographier la structure en domaines.
Nous n'évoquerons ici que l'effet Faraday et les effets Kerr magnéto-optiques.
Une onde lumineuse polarisée rectilignement éclaire l'échantillon en incidence normale. L'onde transmise voit alors son plan de polarisation tourner d'un angle proportionnel à l'épaisseur de l'échantillon, le sens de la rotation étant fonction du sens de l'aimantation au point éclairé. On obtient donc deux catégories d'ondes transmises, à l'image des deux types de domaines magnétiques présents. Un miroir disposé sous l'échantillon permet de renvoyer l'onde, ce qui multiplie par deux l'amplitude de l'effet induit par l'aimantation. On discrimine les deux types de lumière au moyen d'un analyseur intercalé avant le dispositif d'imagerie. Correctement orienté, ce composant absorbe entièrement une des deux ondes et transmet partiellement l'autre. La structure en domaines magnétiques apparait alors en zones sombres ou claires en fonction du sens de l'aimantation.
Figure 1 : Visualisation par effet Faraday de la structure en domaines de Weiss d'un échantillon (YLuBi)3 (FeGa)5 O12 monocristallin d'épaisseur e = 5,3 µm (épitaxie en phase liquide réalisée au Leti-CEA, sur substrat monocristalin de GGG ( Gd3Ga5O12)). Les domaines dont l'aimantation pointe vers le haut apparaissent en noir, ceux d'orientation opposée apparaissent en blanc (avec l'aimable autorisation de Pierre Molho)
On distingue trois variantes :
Figure 3 : Visualisation par effet Kerr longitudinal des domaines de Weiss dans un monocristal FeSi. Le schéma précise l'orientation de la maille élémentaire (cubique) par rapport au plan de l'échantillon. Les directions d'aimantion facile correspondent aux arêtes du cube.
mise à jour le 22 novembre 2018
Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble
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