磁畴成像的四种传统磁光效应

正文

磁畴成像的四种传统磁光效应

从图1的右列可以明显看出传统磁光效应之间的现象学差异。对于Kerr, Voigt和梯度效应，在光学偏光显微镜下，对FeSi晶体的四相畴图进行了成像，其中表面畴沿两个正交易轴磁化。对于每种效果，通过适当设置显微镜的光学元件并根据指示选择适当的光入射来调整典型的域对比度。在克尔效应中，四个畴相出现在多达四个不同的灰度级，因为这种效应线性地依赖于磁化矢量。由于Voigt效应具有二次依赖于磁化，相同的区域模式在Voigt显微镜中只显示两个灰度级，每个磁化轴一个，与磁化方向无关。在对磁化变化敏感的梯度效应中成像，区域边界显示出依赖于邻近区域相对磁化方向的对比度。梯度和Voigt效应都需要一个补偿器(即一个可旋转的缓速板)，它将椭圆偏振光转换为平面偏振光，以实现zui佳对比度调整。它们在垂直入射处是zui强的，在垂直入射处，面内域的克尔对比是不可能的。如果将具有相似畴相的透明材料在透射中成像，将观察到相同的对比度特征，但现在在法拉第，透射Voigt和透射梯度效应中。在图1中，选择垂直入射的垂直磁化石榴石膜来表示法拉第效应，因为这种极性几何结构在法拉第显微镜中zui常用。

图1

图1综述了可用于磁畴成像的四种传统磁光效应。从左到右依次为:效应名称及其发现年份、光学描述、对磁化矢量M的灵敏度、作者和首次应用于成像的年份，以及光学偏光显微镜的典型对比外观。畴图像取自具有垂直各向异性的单晶石榴石薄膜(上排)和厚度为0.5 mm的Fe3 wt % Si薄片(其他排)的(100)表面。表示的是照明光的偏振方向及其入射面。图像中的箭头表示畴的局部磁化方向。Kerr和Voigt效应显示了相同的域模式，而梯度效应显示了非常相似的域状态。

为了应用显微镜的传统效果，样品被平面偏振光照射，即通过横向电磁波，该电磁波沿着传播矢量k移动，电场和磁场分量振荡在平面内，两者相互垂直，波的电场可以用函数来描述

图2

时间t和位置r上均为谐波。振荡场的频率和幅值分别用ω和E0表示。由于与试样磁化的相互作用，平面偏振波被转换成旋转和/或椭圆偏振光，如图2a所示。旋转和椭圆度然后通过适当设置分析器和补偿器转换为域对比度。图2(a)在(s, k)-和(p, k)-平面上平偏振的两个部分波的相移叠加所产生的椭圆偏振光的可视化。如图所示为电场矢量e的空间和时间演变。通过假设椭圆波是由磁性样品的平面偏振光反射引起的，原理图说明了克尔效应(尽管以一种强烈夸张的方式)。(b)椭圆极化表示为不同振幅和相位的左右圆极化波的叠加。(c)如果两个圆波相位不同，但振幅相等，则通过叠加产生旋转的平面极化波。

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