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磁光克尔效应(MOKE)装置磁光克尔效应(MOKE)是测量图像化磁性薄膜磁化强度的一种方法。克尔效应是指入射线偏振光经磁性材料反射后偏振态的变化在超薄层的情况下,这种效应通常被称为表面磁光克尔效应由于采用激光束检测样品的磁化强度,该方法是非接触式的,可用于真空沉积室的原位检测。MOKE测量的典型设置包括稳定的低噪声光源,通常是连续波激光器,定义入射光偏振的线性偏振器,位于可变磁场中的样品支架,分析仪和检测器。一般来说,整个光学系统的光噪声和电子噪声,包括光的产生和检测,决定了被测MOKE信号的质量。阐述了大量不同的MOKE测量方案,以提高信噪比。传统的方法是基于测量反射光强度通过分析仪失谐约4 ...
,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,同时配备不同放大倍数的光学显微镜镜头,在使用白光光源的情况下适用于1-100μm尺度范围的磁畴的成像。主要是利用偏转后反射光光强的变化来反映不同朝向的磁矩在空间上的分布。从不同的磁畴表面反射回来的光,由于不同磁畴中磁矩排布方向的不同以及磁畴的磁化强度的相对强弱不同,从样品表面不同位置反射回来的克尔信号的大小也不尽相同且包含了磁畴的信息。反射光在经过检偏器回到目镜及相机后,表现为光强在空间上的分布的图像,即不同的位置亮暗不同,亮暗的分布就反映了磁畴空间分布的情况。在克尔图像中,较亮的区域为磁 ...
合极性和纵向MOKE, kerr显微镜和Sagnac-SNOM测量可以在变温度和外磁场下进行。由于在连续的MOKE, kerr显微镜和SNOM测量之间不需要样品转移,因此样品可以保持在恒定温度下,而磁畴结构可以在不同的长度尺度上进行研究(横向平均MOKE为E1 mm, kerr显微镜为bbb3mm, SNOM为亚毫米结构)。系统的示意图如图1所示。图1所有测量都可以在高达1500欧的外部磁场中进行,垂直或平行于薄膜平面,使用可旋转的(2轴)特高压电磁铁,在其中一个极鞋中有锥形孔,用于极几何测量。样品温度调节在约20和400 K之间的lhe流低温恒温器与集成加热器的温度控制,样品支架安装。对于M ...
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。可以设想 ...
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),其中入射面平行于磁化。图一法拉第和克尔的发现引起了人们对MO效应的浓厚兴趣。这些发现的一个主要的基本结果是,它们促使人们把光看作是一种电磁实体,这是以前没有人想到的。因此,MO效应在麦克斯韦的电磁学理论的发展中起了中心作用,而不是次要作用。法拉第效应的第1个应用是由法拉第自己提出的,他建议将其作为测量磁场强度的工具,因为它在磁场中似乎是线性的。后来在特殊制备的铁、钴和镍薄膜中对法拉第效应的测量表明,对这些铁磁性材料来说,线性依赖关系并 ...
,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,在过去的三十年中,出现了许多关于测量许多材料的MO光谱的出版物。当我们考虑哪一种 ...
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 ...
品。光偏振在MOKE显微镜中的一个主要影响是样品与光之间的相互作用。当偏振光照射到样品上时,光与样品中的电子和磁矩发生相互作用,从而导致光的偏振方向发生改变。这种改变可以通过MOKE显微镜中的光学元件和探测器进行精确测量,以获得有关样品磁性的信息。因此正确选择和控制光的偏振状态对于获得准确的测量结果至关重要。光偏振还可以影响MOKE显微镜的灵敏度和分辨率。不同的偏振方向的光与不同的样品的相互作用方式会有所不同,因此在对不同样品的测量中,在MOKE显微镜中选择合适的光偏振状态可以提高对样品中微小磁性变化的探测能力。例如,如果样品表面存在着微小的磁化强度变化,通过选择适当的光偏振状态,可以使得这种 ...
光克尔效应(MOKE)现象已经在各种纳米结构中被观察到。局部表面等离子体共振(LSPR)可用于控制纳米结构铁磁镍纳米盘的MO响应,其中观察到逆克尔旋转。计算表明,由金层和光滑铁石榴石层组成的双层穿孔纳米结构薄膜的横向MOKE比裸石榴石薄膜高得多。六边形排列的铁磁纳米线薄膜表现出增强的克尔旋转,这与纳米线直径有很强的依赖性。六方排列的铁磁纳米孔膜的光学性质和MO性质显示出复杂的MO光谱,其极化旋转率远高于纯Co膜。此外,Au/Co/Au纳米夹层结构、包金磁赤铁矿纳米颗粒、含Au纳米颗粒的铁磁石榴石膜、Co@Ag核壳纳米颗粒和沉积在聚苯乙烯球形阵列上的Co/Pt多层层也被报道具有独特的局部和/或传 ...
光克尔效应(MOKE)源于材料的光学性质和磁性,由于具有极高的灵敏度和可行性,早已广泛应用于纳米尺度样品的磁测量。除了测量磁光克尔旋转和强度外,还可以测量磁性的固有特性,如磁重力Hc和方位比Mr/Ms。图1图1展示了一个带有测量几何图形的样例结构。50 nm厚的Co25Pd75合金条纹右侧被100 nm厚的ZnO薄膜完全覆盖。ZnO是透明的,因此可以很容易地通过厚厚的ZnO覆盖层进行Kerr测量。此外,ZnO/CoPd界面在室温下是稳定的;用ZnO覆盖CoPd膜不会引起磁性能的大变化(补充图1)。ZnO的原子结构非常致密,H2分子无法穿透。因此,ZnO覆盖层可以阻止氢从CoPd的覆盖表面直接接 ...
效应显微镜(MOKE)是一种非侵入性光学技术,在进一步了解自旋霍尔效应和zui近在环境条件下形成的磁性斯基米子气泡方面发挥了巨大作用。MOKE的主要限制是它适用于表现出强克尔响应的材料。有源MOKE层已应用于某些材料类型以诱导MOKE响应,然而这种侵入性方法可能会影响所研究器件的磁性。基于量子自旋态对外部磁场的敏感性,固体自旋系统为磁成像提供了一种新的方法。特别是,金刚石中带负电的氮空位(NV)中心在室温环境下表现出竞争性的磁灵敏度。基于金刚石的成像技术已经发展用于生物细胞、载流导线、顺磁分子和固态现象。更具体地说人们可以利用金刚石中NV中心的磁灵敏度对铁磁薄膜中的杂散磁场进行成像。该技术适用 ...
修改,以适应MOKE显微镜的设计。其中一个主要的限制是显微镜中有限的无限空间。图1虽然显微镜有无限远校正光学,但它的设计不允许用户将额外的光学元件纳入显微镜的框架。为了实现高信噪比和尽可能多地消除背景光,可使用高质量的光学元件。例如,一对消光比为10-6的偏光片(格兰汤普森棱镜)占据了1/8立方英寸的体积。以前在显微镜中使用的片状偏光片的消光比zui多为10-4。此外,在显微镜的原始光路利用非偏振分束器,其透射比约为50%。这样的损失在这样一个敏感的设计中是不能容忍的,因为许多设计的成功取决于zui佳的光照条件。该分束器被偏振分束器取代,其透射比高达95%,其占据的体积与格兰汤普森棱镜相似(~ ...
样品上进行pMOKE测量那么简单,因为2DEG对称性的降低可能会严重影响光学选择规则,从而影响pMOKE的强度。事实上,研究表明,在狭窄(约10 nm宽)的GaAs/(Al,Ga)As量子阱(QW)系统中,约束势迫使价带中重空穴态的轨道角动量和自旋角动量向垂直于QW平面的面外方向运动。此外,约束提升了Γ-point处重空穴态和轻空穴态的简并性,将轻空穴带移至较低能量处(见图1)。考虑到这两个因素,只有面外极化重空穴才能促进与导电带电子的复合过程。这对磁光过程有重大影响。在平面内极化电子的情况下,自旋极化角动量守恒阻止了在具有明确螺旋度的圆偏振光发射下具有重空穴的电子的复合。相反,只有线偏振光才 ...
GaAs中pMOKE的起源可以通过考虑导带中自旋向上和自旋向下状态的不均匀占据来理解,如下侧图1所示。导带中的自旋不平衡导致两个自旋居群的费米能级存在差异。这对于能量接近带隙能量的光子的吸收有重要的影响。能量仅略高于Eg的光子只能激发跃迁进入自旋下子带。跃迁到自旋向上子带只有在光子具有较大能量时才有可能。图1.左:大块砷化镓中左圆偏振光(lc)和右圆偏振光(rc)的光跃迁,从重带(hh)和光孔带(lh)跃迁到导带。右:计算出n↑= 1.5·1017 cm−3和n↓= 0.5·1017 cm−3的吸收光谱。α0表示非极化情况下的吸收。此外,跃迁必须遵守砷化镓中的偶极子选择规则。因此,两个圆形光模 ...
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 ...
样品用于极性MOKE, Tb26Co74样品用于法拉第观测。铁磁性Fe52Pt48:Cu样品厚度为5 nm,沉积在Si衬底上,衬底为100 nm SiO2。它具有9%的铜含量和L10结构,具有面外磁化。铁磁性Tb26Co74样品具有20nm的厚度和面外磁化。将其沉积在透明玻璃衬底上,衬底上有5nm的Ta缓冲层。为避免氧化,采用了由2nm Cu和4nm Pt组成的盖层。在硅衬底上测量了15 nm厚的Ni样品,并对其进行了纵向几何测量。如果您磁学测量对有兴趣,请访问上海昊量光电的官方网页:https://www.auniontech.com/three-level-150.html更多详情请联系昊 ...
的,因为通过MOKE在相反磁化取向的磁畴中可获得光学对比。实验是这样设置的:一束平面偏振光垂直地射向试样表面。当偏振光从磁化材料反射回来时,由于MOKE作用,光束的偏振面发生旋转。当磁畴磁化强度垂直于薄膜表面时,测量特别成功,并且磁畴在光学上明显不同。这实际上是一个必要的要求,因为当每个域的磁化矢量沿光的传播方向有一个分量时,极化平面就会发生旋转。通过这种方式,可以通过检测由于反射域而旋转的偏振面来进行光学读出。在光学分析仪或旋转补偿器的帮助下,根据畴的磁极性,畴将被视为反射光或熄灭光。磁畴的磁极由该特定磁畴的总磁化方向给出。图1具体来说,当光被薄膜表面的磁畴反射回来时,极化平面按照反射畴的大 ...
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 ...
因此需要进行MOKE测量以检查薄膜的质量。这种磁性表征是可能的,因为这些薄膜的磁化方向对光偏振方向有很强的依赖性,并且薄膜与背景反射率的比例很高。其他互补的表征技术,如反射高能电子衍射,通过指示外延生长,提供了对薄膜光学质量的进一步了解。x射线衍射研究表明材料是否具有晶体织构,因为通常需要具有高度织构且易于磁化轴垂直于薄膜的材料(图2)。图1图2在这一点上,应该强调的是,传统磁光薄膜的磁性是连续的,而其他磁性薄膜,如传统磁性记录磁带中使用的磁性薄膜,由于交换耦合,形成位的磁性颗粒彼此分离。因此,传统的磁光薄膜允许更高的存储密度,在薄膜上封装更多的比特。例如,在磁光记录的黄金年代,磁光盘薄膜上的 ...
效应(TR-MOKE)测量方法。在本文中,我们讨论了TR-MOKE中依赖角度和场的信号,并利用基于Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG)方程的数值算法提供了运行TR-MOKE测量的最佳条件的信息。为了验证最大TR-MOKE信号振幅的预测结果,在300°C退火后的W/CoFeB/MgO薄膜上进行了一系列测量(有关详细信息,请参阅我们以前的出版物)。在进行测量后,减去热背景,只留下衰减的正弦项。测量得到的振荡振幅计算结果如图1所示。图2总结了4个HeHext值和6个θH值的结果。图1图2(当HeHext为4,6,8,10 kOe时,W/CoFeB/MgO的归一化TR-MOKE振 ...
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