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磁光效应的物理机理从1845 年法拉第效应被发现至今,为人们所熟知的磁光效应大致有法拉第 效应,克尔效应和塞曼效应等。法拉第效应如上边所说,是指偏振光在经过有 磁性的样品且透射穿过样品后,透射光的偏振面相对于入射偏振光发生一定角度 的偏移的现象。其产生的根本原因,从光学上来讲,就是左旋偏振光和右旋偏振 光在磁性材料中折射率不同,从而使得两种偏振光在磁性样品中传播的过程中产 生了光程差,进而产生相位差,从样品中出射后两种偏振光合成的透射光就表现 为偏振面较入射光来讲发生了一定角度的偏转。塞曼效应是指在外磁场中,光源发出的光的各能级谱线在磁场下进一步分裂 成更多条,并且分裂出的各谱线的间隔和外磁场 ...
磁光克尔成像系统对于大部分材料,尤其是磁性金属材料来说,光在其中衰减得很快,穿透深度非常有限,更不必说一般的磁性薄膜材料还有毫米厘米尺度的硅衬底。这就导致了法拉第效应在磁畴成像方面上并没有实际应用能力可言。因此,利用偏振光在磁 性样品表面反射后偏振面的偏转来对磁畴图象进行表征,是磁光效应成像的唯yi选择。同时,由于极向克尔效应的成像效果zui好,垂直磁各向异性较强的样品具有 更广阔的应用潜力。基于克尔效应,可以动态观察磁性样品磁畴变化的仪器叫作克尔显微镜 (Kerr microscope) ,有别于SMOKE 装置通常使用激光作为光源,出于便于成像的考虑,克尔显微镜一般使用高亮度的LED光源, ...
磁光克尔显微镜深度灵敏度的实验证明金属材料的磁光显微镜(有限制地)是深度敏感的。以下三张图显示了典型金属多层体系的畴图像和磁化过程,证明了这一事实。所有图像都是在纵向克尔效应下获得的,使用标准显微镜设置,即设置分析器和补偿器以获得良好的对比度,而不考虑层选择性。在图1中,对13 nm金属材料覆盖的自旋阀层堆栈的散列钴膜的磁化过程进行了成像。尽管有覆盖层,铁磁薄膜中的畴仍然清晰可见。另一层铁磁性的NiFe/Co双分子层在较低的深度被光传输,对克尔信号的贡献更强。然而,在施加磁场时,它的强度几乎降低了两个数量级,因此在显示图像的过程中是饱和的。图1.克尔显微镜上的旋转阀曲径的GMR传感器应用。如图 ...
磁光显微镜之激光扫描显微镜图1a说明了这种先jin显微镜的原理。准直和偏振激光束聚焦在试样表面的无限远校正物镜。通过使用精确的XY阶段,样本以类似光栅的方式移动。虽然这一阶段扫描相对较慢(图像的采集时间为数十秒),但它比光束扫描对克尔显微镜更有利,因为它确保了整个扫描过程中的偏振状态以及照射光线束的入射角是恒定的。通过扫描,图像以逐点的方式构建,其横向分辨率基本上由探测激光束的大小决定。采用数值孔径为1.3的100倍油浸物镜,得到的激光光斑尺寸为0.8µm。如果在聚焦到样品上之前,首先通过光束膨胀增大光束直径以完全填满物镜孔径,则聚焦光斑尺寸为0.16µm。图1.a激光扫描克尔显微镜原理。光的 ...
磁光显微镜之宽视场(“常规”)显微镜标准宽视场克尔显微镜是带有应变自由光学反射显微镜,为了允许偏振显微镜。通过应用Köhler照明技术获得均匀照明图像,如图1中的射线图所示。灯聚焦在光圈光圈的平面上,通过场光圈,然后被部分反射平面的玻璃镜面线偏振并向下偏转进入物镜。样品反射后的光被物镜收集,然后再次通过半反射镜。大多数光学显微镜都带有无限远校正物镜,即反射光从每个方位平行束离开物镜并投射到无限远。这些束进入管状透镜形成中间图像,对相机或目镜进行进一步处理。在无限空间中,增加了反射镜、分析仪、补偿器等配件,而不会使图像失真。偏振器和分析仪通常由二向色偏振片制成,但也可以使用栅格偏振器或格兰-汤普 ...
磁光显微镜中宽视场反射显微镜的设置和图像处理标准程序从磁性饱和状态的数字化平均图像开始,其中在外部直流磁场中消除了所有域。或者,可以应用一个中等振幅的交变场,它在平均过程中混合了域,其优点是样品上的力可能比直流饱和所需的高场小。该无域背景(参考)图像随后从包含域信息的状态中减去。然后,差值图像显示了区域图案的显微图,可以通过平均和数字对比度增强来改善,而不受地形对比度的影响。通常需要在不同方面研究相同的域,例如在Kerr和voight对比度条件下或使用不同的分析器和补偿器设置以获得深度选择性。这可以通过组合实验来实现:在创建了特定域模式的正则差分图像之后,在不同对比度条件下存储相同模式的图像作 ...
实现磁光技术研究InSe光自旋动力学在图1中可以看到至少采用其中一种光学测量的实验装置。所有的测量都是在低温下在高磁场的磁光低温恒温器中完成的。偏振PL的一般光学设置如图1a所示。在输入端,有一个短通滤波器(SPass),一个线性偏振器(LP)和一个四分之一波片(QWP)。然后,圆形或线性极化光束通过50:50的分束器(BS),其中50%被引导到attoDRY2100磁光低温恒温器(1.7 K基温,9 T超导磁铁)内的物镜。然后,从样品(S)反射的光束通过圆偏振收集光学元件(QWP和LP),用长通滤光片(LPass)过滤,然后聚焦到光纤上,该光纤通向带有CCD相机(Andor)的750毫米光谱 ...
磁光技术研究半导体中的光自旋动力学在1846年,迈克尔·法拉第发表了他对线偏振光在平行介质中传播时旋转的观察磁场。1923年,Robert W. Wood和Alexander Ellett发表了关于汞原子在横向磁场中发光去极化的观测结果。前者被称为法拉第效应,后者被称为汉勒效应。在前人的研究和Alfred Kastler的工作基础上,R.R Parson在20世纪60年代末证明了III-V型半导体GaSb中的光诱导自旋取向。Alfred Kastler帮助确立了气体中光诱导自旋极化的基本原理。这是通过一个非常简单的测量来完成的,用圆形偏振光泵浦,测量圆形发光。1971年,克劳迪·赫尔曼和乔治· ...
用于薄膜的远场和近场磁光学显微镜的多功能特高压系统基于电子显微镜的高分辨率成像技术,如带偏振分析的二次电子显微镜(SEMPA),或光子发射电子显微镜(PEEM)或使用磁探针的技术(磁力显微镜(MFM)或自旋极化扫描隧道显微镜(STM),通常局限于小的外部磁场。磁光显微镜没有这样的限制。然而,由于传统(远场)光学显微镜的横向分辨率受到衍射的限制,大约只能达到光波长的一半,因此纳米结构只能通过x射线显微镜或扫描近场光学显微镜(SNOM)在可见光范围内成像。用于磁光研究的相当紧凑和振动隔离的特高压室连接到配备薄膜制备设施的特高压系统,以及用于表征薄膜结构和形态的STM和低能电子衍射(LEED)。结合 ...
磁光效应的应用和拓展MOKE的主要技术应用是MO记录。除了这种应用之外,克尔效应还不断得到新的应用。例如,MO克尔光谱已被用于检测表面磁性,甚至用于可视化表面磁畴和畴壁的运动。MO Kerr光谱学已被应用于研究磁性多层的性质,如振荡层间磁耦合,等离子体共振引起的MO增强效应,以及超薄铁磁薄膜中的量子约束效应。MO - Kerr光谱学应用的其他领域包括,例如,在Co-Pt相图中发现新晶体相的形成。此外,单晶的磁晶各向异性,即磁性能与磁化方向相对于结晶轴的依赖关系,已经用MO克尔光谱明确地观察到。另一个应用是使用MOKE在薄膜中记录亚皮秒级的自旋动力学和磁弛豫过程,还可以可视化对磁脉冲的时空响应。 ...
磁光克尔效应的早期发展历程法拉第观察到线偏振光在磁场中通过一块铅硼硅酸盐玻璃时偏振面旋转。法拉第关于他的发现的报告立即引起了广泛的关注,因为这是第1次观察到光与磁之间的相互作用。这一效应很快被其他一些研究者证实。磁光学的下一个亮点是1876年苏格兰科学家Rev. John Kerr发现的MO Kerr效应。克尔观察到线偏振光从磁性铁片表面反射后的偏振面旋转。克尔用磁极反射入射光,因此,这种特殊几何结构中的MO现象被称为极性磁光克尔效应(P-MOKE),见图1。两年后,Kerr在线偏振光的反射中发现了类似的MO现象,但来自平面内磁化的铁片。这种现象现在被称为纵向莫克尔效应(L-MOKE),其中入 ...
磁光克尔效应的近期发展历程人们开发了一种新的表面和地下磁畴可视化方法。此外,人们意识到MOKE可以用来读取适当存储的磁性信息。这发起对MO记录的兴趣,从那时起已发展成为MOKE的领xian技术应用。MO光谱学随后成为研究半导体能带结构的一种技术。随后,对半导体中的法拉第效应进行了大量的实验和理论研究。那时,人们开始习惯于将MO现象与材料的能带结构联系起来。实验技术的进步使得在0.5 ~ 5ev的宽能量范围内测量MO光谱成为可能。Krinchik和他的同事对铁磁体Fe、Co和Ni的各种MOKE谱进行了特别详细的研究。磁光测量在固态研究中不断成熟,成为一种有吸引力且广泛使用的光谱工具。因此,在过去 ...
时间分辨磁光学显微镜成像的不同需求与相关技术对时间分辨磁光学显微镜的不同观点出现了不同的成像选项,与所需的时间分辨率有关,以解决不同频率的磁化过程。相关要点有:图1.(a)相机曝光时间为10μs,工作频率为50 Hz时,FeSi电工钢样品的单次Kerr图像。(b) 876 Hz时,LED脉冲宽度为10μs的磁场调制磁电传感器器件的频闪图像;(c) 0.516 MHz时,激光脉冲宽度为20 ns的电场调制磁电传感器的频闪图像。(d)在2 GHz磁场激励下,激光脉冲宽度为7 ps的CoFeB/Ru/CoFeB反点阵列中静磁自旋波模式的频频Kerr显微镜在激发频率为几到几赫兹的情况下,低频动态可以通 ...
激光照明适合磁光成像。然而,基于激光的照明目前主要应用于宽视场时间分辨率成像设置。为了便于磁光对比度调整,基于激光的系统使用光纤照明。近年来,光纤耦合led已成为磁光学显微镜照明的标准。光谱辐照度类似或优于高压弧光灯,因为几瓦的准直输出功率是可以实现与目前的LED照明。zui重要的是,led具有低噪音。它们还提供脉冲操作模式,可以轻松适应先jin组件选择性准静态(“效果分离”部分)和时间分辨显微镜(“磁化动力学定量成像”部分)的成像方案。与激光不同,基于led的照明没有斑点图案的问题。与光纤高效率耦合,大功率led现在是大多数磁光学显微镜实验的照明选择。图1获得正确调整的磁光效应的关键是Köh ...
同配置的近场磁光成像系统,包括孔径透射、孔径反射和无孔径soms。在大多数这些系统中,通过将光纤探头弯曲到音叉的一只臂上来实现探头表面距离控制,这种技术效果很好,但需要为每次探测做充分的准备。此外,高质量(Q)因子将扫描速度限制在相对较低的值。这些缺点给近场磁光成像实验带来了困难。图1实验布置示意图如图1所示。采用国产SNOM工作在反射模式下。探针表面距离调节是通过使用一个压电双晶片传感器来实现的,该传感器由两个薄的压电陶瓷层组成,连接到一个与地面相连的公共中心电极上。其中一个用作抖动压电的压电层电连接到锁相放大器的参考信号。在其上施加恒定的正弦波电压,以驱动双晶片平行于表面振动。另一层,当双 ...
磁畴的观测方法贝特粉末图纹法贝特粉末图纹法是zui先应用的磁畴观测方法, 同时它也是zui方便的一种磁畴观测方法。它将足够细的铁磁粉末的悬浮胶液涂在磁性材料表面,铁磁粉末在由磁畴结构产生的局部散磁场的作用下分布成一定图案, 该些图案会反映材料表面的磁畴结构,且送样的图案可通过普通的光学显微镜直接进行观察,同时也可对材料施加磁场观察磁场作用下的磁畴结构变化。贝特粉末图纹法的分辨率受铁磁粉末颗粒度等因素的限制,因此有分辨率较低的缺点,但由于这种方法设备简单且适用范围大,因此是一种被长期应用的磁畴观测方法。电子显微镜法电子显微镜法主要是通过分析电子束在磁性材料表面反射或透过磁性材料时受磁性材料中磁畴 ...
多自由度梯度磁场控制系统相关应用文献(2017-2022)昊量光电新引入瑞士苏黎世联邦理工学院机器人与智能系统研究所研发的多自由度梯度磁场控制系统MFG系列。这些MFG多自由度梯度磁场控制系统能够产生各种各样的静态或时变磁场,用于研究磁场依赖现象,它们也用于开发磁性微纳米机器人以及其他微操作程序的应用。多自由度梯度磁场控制系统MFG系列产生场和场梯度,为5个自由度提供力和扭矩,非接触式驱动,用于颗粒定向和定位,粘滑或滚动运动,以及鞭毛游动。应用包括工程和流体动力学研究,局部流变学测量,微观力学生物学刺激和表征。以下2017到2022年之间描述、使用或引用这款MiniMag / nanomag ...
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 ...
时间分辨克尔显微镜中三种动态磁畴成像模式时间分辨成像确实存在不同的成像方式,可分为实时成像、单次成像和频闪成像。单个模式的适用性受限于摄像机系统的帧速率以及照明光源的时间分辨率。由于所需或目标时间分辨率和实际科学问题的技术限制,并非所有方法都适用于动态磁畴过程的成像。三种可用主要成像模式如下:磁畴状态连续交替的直接实时成像依赖于对磁化过程的稳定观察,如图1a所示。可视化了磁场变化下的畴演化过程直接在“实时”与时间分辨率由相机系统的帧速率决定。图1.(a)变化磁场H(t)、磁化响应M(t)和连续照明I(t)的实时观测。用曝光时间∂t探测域进程。时间间隔λt由摄像机的帧速率决定。(b)单镜头Ker ...
克尔显微镜使用中的法拉第干扰效应在垂直磁化介质上垂直入射的情况下,圆双折射和二色性及其叠加如图1所示,这种情况称为极性法拉第效应。图1.磁化诱导的圆双折射(a),圆二色性(b),以及垂直入射平面偏振光的极性法拉第几何中两种效应(c)的叠加。在垂直于传播矢量的平面上,显示了光偏振的轨迹。两个面外磁化畴对极化状态有不同的影响,如与畴颜色相同的箭头所示。在(c)中,法拉第旋转是指椭圆长轴的旋转。虽然法拉第旋转让人联想到光活性介质的圆双折射,但有一个重要的区别:如果光再次以相反的方向通过材料,在法拉第效应的情况下,旋转不会取消,而是会加倍。这种不可逆性的原因是法拉第旋转与磁化方向而不是光轴有关。磁化相 ...
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