磁光克尔效应系统的构造与应用

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磁光克尔效应系统的构造与应用

随着时间的推移，MOKE系统的发展允许在超高真空室中同时使用，在自旋取向转变的厚度范围内，对单层磁化、磁相变和磁化开关的灵敏度增加。MOKE系统的基本工作原理是在外加磁场下将偏振光照射到磁性样品上，然后将反射和旋转的偏振光通过分析仪，然后由光电探测器收集。这种分析装置的简化示意图仅显示了基本的实验组件，如图1所示。

图1

分析装置的输出包括纵向、横向或极性几何的克尔旋转测量值与外加磁场的关系，可以绘制在图上，以获得MOKE磁滞回线。应该指出的是，纵向或横向几何的磁滞回线涉及一个面内磁场，垂直于光入射面，因此对面内磁化敏感。另一方面，当磁场垂直于样品表面，入射光线极化时，得到极性克尔旋转磁滞回线，响应于面外样品磁化。图2显示了这些测量几何形状。对于每个测量构型，复克尔旋转角⊜记录下来，它们的大小用克尔旋转θ和椭圆性ℇ。

图2

MOKE系统还能够在传统的磁光记录薄膜、高密度记录介质的超薄薄膜或用于自旋电子应用的专用材料中执行3D矢量磁强计和监测磁化反转。通过磁光测量，还能够定量表征单纳米点的磁化反转，特别是当这些结构表现出面外磁化时。

在许多磁性系统中，MOKE系统已成为测量三种磁化分量的高分辨率空间工具。极性MOKE几何形状揭示了垂直于样品表面的磁化分量信息，而纵向或横向测量则检测平面内磁化。磁光测量的这种表征能力导致了该技术在当代基于自旋的器件中的应用增加。例如，在一些先进的技术中，如磁性随机存取存储器(MRAM)，二进制信息以相邻两个铁磁层磁矩的平行或反平行方向的形式存储。因此，为了及时地读取或写入信息，有必要实现快速磁化反转，也称为磁化开关。在这些技术中，以及在自旋阀或其他自旋电子器件中，快速磁化开关的行为是通过短时间的高电流密度的电瞬变来完成的。特别是考虑到两个方面，即基于自旋的器件在两种稳定磁化状态之间切换的速度有多快，以及为了实现皮秒切换动力学，器件的尺寸需要缩小到什么程度。

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