2.1 稀磁性半導體(Dilute magnetic semiconductor)簡介
誠如前言所提及的自旋電子學在半導體產業具有極大的發展潛能，其中為了
其中舉凡法拉第效應(Faraday effect)、柯爾磁光效應(magneto-optical kerr effect, MOKE)與磁圓偏振二向性(Magnetic Circular Dichroism, MCD)等磁光光譜儀，皆 為重要且可靠的量測工具。
2.1.1 賽曼效應(Zeeman splitting )
荷蘭物理學家彼得·塞曼(Pieter Zeeman)在 1896 年所發現的賽曼效應是繼 Faraday effect 與 kerr effect 以來第三個外加磁場對光有影響的實例[9]。儘管賽曼 效應在當時，已由塞曼與賽曼的老師─亨德里克·安東·勞侖茲（Hendrik Antoon Lorent）以古典電磁學與空間量子化，對賽曼效應提出解釋。但是以物裡發展史 的觀點做討論可以發現，不同於Faraday effect 與 kerr effect 僅依靠古典電磁學便 可以解釋得通。賽曼效應在之後的光譜量測中，發現古典電磁學無法解釋完備的 異常塞曼效應（anomalous Zeeman effect），進而躍進了量子力學的範疇。可以說 在量子力學發展史中，賽曼效應有著一定的歷史地位與物理意義。利用賽曼效應 來檢視稀磁性半導體的能帶結構分裂上，是極為重要的效應，如文獻回顧時提到 的K. Ando 研究團隊便利用賽曼效應推斷出 MCD 磁光訊號與波耳磁子有成正比
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其中μ 為波耳磁子(Bohr magneton)，H 為磁場強度，g 為 g factor，由關係式可知，
MCD 磁光訊號會正比於對入射光的吸收度做微分的值，並且其值也正比於賽曼 (extinction coefficient, k)。其數學形式，可寫成：n n ik其中，此消光係數與 一般光譜量測的吸收率(absorption coefficient, α)有一數學關係。
k αλ 4π
αc
2ω ， λ 2π ω c
λ 為入射光的波長，亦可從由ω角頻率(angular frequency)取代。
電磁波的線偏振光可由左旋偏振光(Left Circularly Polarized light, LCP)與右旋偏
振光(Right Circularly Polarized light, RCP)組成。在電磁波穿透材料時，原本的線 偏振光分別會產生法拉第旋轉(Faraday rotation)以及法拉第橢圓化(Faraday ellipticity)，其示意圖 2-1 如下所示。
圖2-1 為線性偏振光通過材料之磁光現象示意圖[11]
我們分別以正負號表示旋光方向n n ik ，正號為右旋光，負號為左 旋光。其中Faraday rotation 便是與折射率實部相關的效應：
θ ωl
2c ‧Re n n ωl
2c ‧ n n
而Faraday ellipticity 即為與折射率虛部相關的效應：η
ωl
2c ‧Im n n ωl
2c ‧ k k
我們可以針對磁化與否再詳細進行分類如下圖2-2：16
圖2-2 各類穿透式磁光現象示意圖[10]