不同磁畴成像技术的优缺点

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不同磁畴成像技术的优缺点

在所有方法中，数字增强磁光(MO)宽视场克尔显微镜已经成为一种完善，zui通用和灵活的实验室技术，用于研究磁畴。该方法基于MO Kerr效应，即线偏振光在非透明磁性样品反射后的偏振面发生微小变化，然后将其检测并用于磁畴成像。典型的宽视场克尔显微镜是在光学偏振反射显微镜的基础上，对均匀照明的样品应用克勒照明技术。

根据光的相对方向、入射面、光偏振面和磁化方向将克尔效应分为纵向、极性和横向三种类型。前两种效应导致光的偏振面旋转，可能由椭圆贡献叠加，而后一种效应导致振幅变化而不是反射光的旋转。作为一个简单的规则，由于克尔效应的介电张量的对称性，克尔对比度与入射光束沿传播方向的磁化分量成正比。如图1(a)所示，在斜入射光和p偏振光(纵向克尔效应)的情况下，反射光可以看作是规则反射振幅AN和克尔振幅AK的叠加，导致偏振面旋转(小)角（6）UK AK/AN。符号(6)取决于样品表面磁化的方向。然后，如图1(b)所示，通过分析仪阻挡来自一种域类型的反射光来产生域对比。对于垂直入射和垂直反射的光，根据上述规则(极性克尔效应)，只有面外磁化分量才会导致克尔对比。然而，在斜入射下，对面内和面外磁化总是敏感的。

图1

自从引入数字图像处理以来，获得不含地形信息的纯域对比度的标准技术是从无域的背景图像中减去具有域信息的图像。这样的参考图像通常是通过使样品在外部磁场中饱和而获得的，需要在样品周围放置一些电磁铁。由于显微镜的物镜必须放置在离样品表面非常近的地方(高倍率透镜的距离在几百微米之间，低倍率物镜的距离在几毫米之间)，施加的磁场可能会诱发寄生法拉第效应，这种效应叠加在由样品磁性引起的任何光旋转上[见图1(b)]。这种效应对于沿物镜轴施加的磁场是重要的，但是从样品中出现的不均匀的面内场或杂散场也可能在透镜中产生法拉第旋转这样的贡献可能会降低域图像的质量，导致对实验数据的误解，或给矢量克尔显微镜带来实质性的错误。法拉第效应zui严重的影响发生在克尔显微镜中，通过绘制图像的整个或局部选定区域的强度作为磁场的函数(MOKE磁强计)来测量MOKE磁化回路。高度扭曲的循环可能会出现，如下面的各种例子所示。基于激光的室温MOKE磁强计不会经历这样的扭曲，因为光学元件足够远离磁铁。

在面内外加磁场的情况下，zui近提出了一种抑制法拉第贡献的优雅解决方案。它是基于一个LED(发光二极管)灯，其中八个二极管的光被玻璃纤维引导到显微镜，玻璃纤维的两端对称地排列在显微镜的中轴线上。通过激活相对位置的led，并在相反的入射方向上减去获得的域图像，实现了纯面内克尔灵敏度的条件。如果与相机曝光同步以脉冲方式进行激活和减法，并且脉冲频率高于约10 Hz，则可以获得具有纯面内克尔对比度的“实时”域图像，并且可以在相同条件下记录磁化回路。有趣的是，被湮灭的不仅是极性克尔对比，还有物镜中的极性法拉第效应。由非均匀平面内场或磁化体样品边缘出现的杂散场引起的所有极性场分量不再导致图像和环路畸变。

然而，如果在垂直磁场中测量垂直磁化的介质(极性克尔显微镜和-磁强计)，情况就不同了。在这种几何结构中，物镜中的极性法拉第效应是zui大的。随着施加磁场的增大，它甚至可能压倒来自样品的克尔信号，如图2(a)所示。虽然CoPt薄膜的磁饱和是在磁场超过矫顽力后立即实现的，但在超过饱和的磁化回路中，测量的强度相当增加，而不是像通常那样趋于平稳。强度增加是由法拉第效应引起的，法拉第效应给Kerr信号增加了场相关的对比度[比较图1(b)]。在某些临界场(未示出)以上，克尔显微镜的相机(同时充当MOKE磁强计检测器)甚至可能“饱和”，即离开其灵敏度范围。

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