扫描克尔显微镜系统

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扫描克尔显微镜系统

图1显示了扫描克尔显微镜光学设置的示意图。样品在真空(p < 10−5 mbar)中安装在He流低温恒温器的冷手指上，该低温恒温器可冷却至约10 K。样品位于低温恒温器窗口下方约1mm处，切割边缘平面朝上。低温恒温器安装在压电工作台的顶部，压电工作台本身连接在一个xy工作台上。压电级沿试样劈裂边缘平面轴线的行程范围为100µm。因此，通过在静态激光束下扫描样品，可以制作切割边缘平面的二维地图。

对于pMOKE测量电子自旋极化，使用连续波二极管激光器。该激光器的光子能量在1.44 ~ 1.54 eV范围内可调谐。因此，它可以选择在GaAs带隙Eg附近(10 K时约1.518 eV)，这对于优化样品的磁光Kerr响应是必要的。激光通过几个宽带介质反射镜引导到一个薄膜分束器。在这里,大约90%的光被传输并到达光谱仪，光谱仪用于确定激光的波长。剩下的10%的光被反射到显微镜物镜上，物镜将光聚焦到低温恒温器中的样品上。物镜的放大倍率为60，数值孔径为0.70，工作距离约为2.5 mm。为了在切割边缘平面上获得尽可能小的激光光斑直径，必须确保显微镜物镜的整个孔径均匀照射。因此，光束在离开二极管激光器后用望远镜加宽。样品上的光强可以借助中性密度滤光轮来控制。测量时使用的探测激光功率约为10μW。激光在到达样品之前被格兰-汤普森棱镜线偏振。光从样品表面反射后，偏振面旋转克尔角θK，用沃拉斯顿棱镜将反射光分成两束正交偏振光束，用差分放大器测量相应的光强差来检测。该差分信号与克尔角成正比，因此也与砷化镓导带中的自旋极化成正比。

铁磁触点的磁化以及GaAs中的自旋系综可以用两个电磁铁来操纵，这两个电磁铁位于低温恒温器外部，样品位于其中心，如图3.6所示。空气线圈磁体用于沿激光束的敏感方向(= x轴)切换喷射器触点的磁化。因此，在关闭磁场后，允许沿注入器触点的两个相应的剩余磁化方向进行自旋注入。另一方面，软铁芯磁体产生z方向(=样品的面外方向)的场，并用于进行Hanle退极化测量。

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