Magneto-optic Kerr effect microscopy is an irreplaceable technique in spintronics, offering high-speed imaging on surface magnetization. Nevertheless, as the research of interest in spintronics is miniaturized and complicated due to the topological physical phenomena, optical metrology encounters limitations. Overcoming the low visibility and optical diffraction limit can pave a way for applications toward ultrafast spintronics study and real-time imaging on topological textures. In this study, I suggest three types of advanced magneto-optic microscopy to observe nanoscale spin textures and topological optical textures. First, I propose extreme anti-reflection enhanced magneto-optic Kerr effect microscopy to observe nanoscale magnetic domain reversal. A significant enhancement of visibility and magnetic circular birefringence was achieved based on the extremely high polarization rotation angle of 20 degrees. Furthermore, observation of nanoscale Barkhausen jumps and their statistical analysis was conducted by real-time confocal measurement. Second, I observed nanoscale magnetic domain walls and skyrmions based on dark-field magneto-optic Kerr effect microscopy. The Purcell effect from the reflective substrates resonantly enhanced the magneto-optic scattering from the magnetic domain wall. Based on the result, imaging of subwavelength scale skyrmions was achieved. Finally, I observed the topological and dynamic properties of magnetically active optical vortices under magneto-optic off-axis holography. I demonstrated the spontaneous generation of optical vortices in the gradient-thickness optical cavity. Holographic images under the magnetic field analyze the dynamic behaviors of the spontaneously generated optical vortices.
자기 광학 커 효과 현미경은 표면 자화에 대한 고속 이미징을 제공하는 자성체 연구의 필수 불가결한 기술이다. 그러나, 자성체 연구의 관측 대상은 위상학적 물리현상들의 도입에 의해 복잡하고 소형화됨에 따라, 광학적 측정법의 한계에 도달했다. 자기 광학 이미징의 낮은 가시성과 광학적 회절 한계의 극복은 초고속 스핀 동역학 연구 및 위상 구조체의 실시간 관측 등의 응용이 전망된다. 본 연구에서는 세 가지 다른 발전된 형태의 자기 광학 현미경의 제안을 통해 나노 규모 스핀 구조체와 위상학적 광학 구조체를 관찰하였다. 첫번째는, 극한의 비반사 기반의 자기 광학 커 효과 현미경을 통해 나노 규모 자성 도메인의 역전현상을 관찰하였다. 20도에 육박하는 높은 편광회전각을 통해 극도로 높은 가시성과 원편광 자기 이방성 증대를 얻어냈다. 더 나아가, 실시간 공초점 측정을 결합하여 나노 규모 박하우젠 도약의 관찰과 그의 통계적 분석을 이루어냈다. 두번째는, 암흑장 자기 광학 커 효과 현미경을 통해 나노 규모 자성 도메인 벽과 스커미온을 관찰하였다. 반사판 구조의 퍼셀 효과를 이용하여 자성 도메인벽의 자기 광학 산란을 공진적으로 증대시켰다. 그를 통해, 파장 한계 규모 스커미온의 이미징에 성공하였다. 마지막으로, 자기 광학 축외 홀로그래피를 통해 자기 활성 광 볼텍스의 위상학적 특징과 그의 역학적 움직임을 관측하였다. 두께 구배 광 공동의 위상학적 상전이 현상을 통해 광 볼텍스의 자발적 발진을 구현하였다. 자기장 하에서 자발 발진된 광 볼텍스들의 역학적 움직임들을 홀로그래픽 이미지를 통해 관찰 및 분석하였다.
