磁光克尔效应显微镜

正文

磁光克尔效应显微镜

磁域

磁畴是单向磁化的区域，受自然基本定律之一的支配-系统中的能量zui小化。这些是肉眼看不见的，它们是非结构化磁性材料中的微观结构(如图1所示)。对磁畴结构和动力学的理解在磁性材料的各种应用中也变得越来越重要，例如磁记录工业中的薄膜记录磁头和信息技术中的自旋电子设备。

图1

域观测技术

目前存在许多不同的技术来研究磁性材料的畴结构。其中一种技术是磁光成像技术，它具有相对便宜、非侵入性、无污染和能够处理大范围磁性样品的显著优点。反射模式下的磁光成像利用了磁光克尔效应，而透射模式下的成像利用了法拉第效应。这两种效应的基本原理是相似的。从磁性样品表面反射或通过磁性样品透射的光将与样品内部的磁化相互作用。通过这种相互作用，光的偏振态会发生变化，入射和反射(透射)光束之间的差异可以用来研究样品不同区域内的磁化强度。

磁光克尔效应显微镜

通过三种主要类型的磁光克尔效应，获得了不同材料的zui佳光学对比条件。根据入射光偏振、入射平面和样品磁化之间的矢量关系，这些类型可分为极性、纵向和横向克尔效应。图2显示了纵向情况下这些物理量之间的方向关系。

图2

为了检测从磁化表面反射引入光偏振态的变化，在光程中放置了一对近交叉的偏振器。入射光束上的线性偏振器将偏振限制在一个方向上。通过光与磁化表面的相互作用，产生与入射光束垂直的偏振分量。反射光束通过与入射光偏振器近交叉的分析器。这样，光与磁化表面相互作用后保持其原始偏振态的分量被衰减，而通过磁光(Kerr)相互作用产生的分量则被允许通过检测器。

zui大衰减的入射光是实现当偏振光完全交叉，但克尔分量的光是非常弱的，将需要一个非常敏感的探测器。通过允许一些入射光到达探测器，克尔信号和背景(入射)信号被允许相干地增加，从而形成一个更高的信号，这很容易被传统探测器记录。

应用

磁畴研究在许多电气应用中都是有用的，包括磁存储设备、变压器和电机。理解磁畴意味着在这类设备中具有更高的性能和效率。为了更好地理解这些磁畴，克尔效应可以用来研究它们的结构。随着制造依赖磁畴的器件技术的进步，观察其结构的难度也在增加。

磁性记录介质就是这样一种应用。现在，制造技术已经发展到可以制造更薄的存储介质的地步，我们能够提高使用这种技术的设备的存储密度。此外，通过减少这种介质的厚度，我们现在能够降低协同性，从而可以在较弱的磁场下存储相同数量的数据。克尔效应显微镜可以观察畴壁，找到合适的介质厚度和协同作用组合，以获得稳定的信息元。

其他方法

除了克尔效应显微镜外，考虑其他观察磁畴的方法是很重要的。其中一种方法是Bitter技术，它利用胶体磁铁矿颗粒来绘制区域图案的杂散场。这种方法的一个主要缺点是，将胶体应用于磁性样品实际上可能会影响畴并给出其结构的错误图像。同样值得注意的是，苦效应测量的是磁域的杂散场。因此，当需要观察高导率材料的畴结构时，或者观察杂散场较弱的材料时，Bitter方法就不太理想了。

通过磁光克尔效应观察域的主要优点之一是它可以观察各种样品的形状、大小和成分，同时在观察过程中不受影响。另一种区域观察方法，透射电子显微镜(TEM)，在观察不同形状和大小的样品的能力方面受到限制。在观察样品时，也很难对其施加外界影响，如磁场和物理应力。TEM的视野也比克尔显微镜小，比克尔显微镜便宜，并且使用的材料和物品可以用于其他目的。

克尔显微镜是考虑到成本的zui通用的领域观察技术之一。它可以观察广泛的磁性样品，可用于各种磁性器件。虽然还有其他可用的观察技术，但在今天的现代磁性材料实验室中，采用克尔效应的观察技术是一种有效的解决方案。

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