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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 ...

铁磁材料的磁畴划分过程交换能Eexchange的起源可以在构成铁磁性基础的自旋-自旋相互作用中找到。当未成对电子的自旋平行时，交换能zui小。然而，自旋的平行排列从而增加了原子磁矩的另一种能量，即静磁能。产生大的外部磁场，过程如图1a所示。因此，为了降低静磁能，发生了反平行磁化的磁畴分裂，同时这些磁畴之间也开始形成磁壁(图1b)。在这种构型下，交换能有所增加;然而，静磁能降低。因此，在材料内部形成了几个磁畴，使得每个磁畴都包含单独的磁矩。这些力矩加起来就是每个磁域中的总磁化强度。图1由于五种不同能量之间的zui小化竞争，磁畴的形成是一个多步骤的过程。如上图所示:(a)单个原子力矩的对齐，导致静 ...

畴壁的形成如果畴壁包含方向逐渐变化的原子磁矩(图1)，则可确保向相反畴磁化方向的平滑过渡。这种转变降低了交换能，特别是对于过渡层的预定宽度。图1例如给出一个磁畴大小的估计，考虑厚度< 40 nm的颗粒状La0.6Sr0:4MnO3钙钛矿薄膜中的垂直磁畴。对于这些结构，域宽度由下式[1]给出式中，J为交换耦合常数，S为自旋量子数，K为磁各向异性常数，a为晶格常数。本例中，J =3*10-22J, K =2*104 J/m3, S =3/2，则得到30 nm。磁畴的大小可以在相同类型的化合物中变化，这取决于这些薄膜生长的衬底的粒度和应变。例如，衬底可以产生拉伸应变，从而导致在衬底附近形成的畴 ...

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 ...

自旋轨道矩驱动磁斯格明子移动2009年，Mühlbaue等人利用中子散射才在MnSi单晶中通过倒空间的衍射点在实验上证实了磁斯格明子的存在。关于电流驱动磁斯格明子的zui早的记录是在2012年，Yu等人利用洛伦兹电子透射显微镜 (Lorentz TEM, L-TEM)在FeGe 材料中首次在实空间发现了斯格明子的电流驱动。图1.斯格明子结构示意图(左侧为Néel型，右侧为Bloch型）在上述研究的基础之上，人们发现，具有拓扑保护性质的磁斯格明子可以被远低于驱动磁畴壁所需的电流密度的电流所驱动，这使得斯格明子作为一种信息传播的媒介而被研究者们广泛关注。斯格明子不连续、驱动速度快、驱动临界电流密度 ...

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 ...

磁透射软x射线显微术的基本装置全视场软x射线显微镜的光学装置原理与传统显微镜相似。它由光源、聚光镜、物镜和检测器组成。主要的区别是聚光镜和物镜是菲涅耳带片。终端站xm1在高ji光源处的x射线光学设置如图1所示。图1它遵循了Schmahl等人开发的开创性x射线显微镜设计。xm1使用从弯曲磁铁发出的软X射线。在通过一个平面反射镜后，光子被镀上镍以抑制更高的能量，照射到一个中央有一个挡板的聚光带板(CZP)。该CZP提供了样品的部分相干空心锥照明，并与针孔位于样品附近的组合，作为线性单色仪，具有典型的单色性约λ/Δλ = 500。因此，在光子能量为700 eV时，光谱分辨率约为1.3 eV。XM-1 ...

铁磁体和反铁磁体的异质结构对铁磁体和非磁性衬底之间界面的研究表明，与铁磁性衬底的相互作用可能在衬底中诱导长程铁磁有序，而其本身并不显示铁磁有序。感应磁化强度可以与铁磁体的磁化强度平行或反平行，这取决于交换相互作用的符号。这可能会导致铁磁层的产生，即使是在其整体形式是反铁磁的材料，如观察到的，如超薄的Cr膜在Fe上。在这种情况下，衬底中的长程顺序——无论是反铁磁体还是非磁性金属——是由与铁磁性衬底的相互作用决定的，并且可以预期它会显示出同样的温度依赖性。事实上，Mn对Ni的这种感应磁序的温度依赖性被研究了，发现与衬底的相同。当然，随着反铁磁层厚度的增加，整体反铁磁态将占上风，每一层将显示自己的有 ...

基于自旋电子学的磁化技术关于向调频层注入自旋的效率(自旋注入)、自旋极化电子的传播(自旋输运)、检测自旋的效率(自旋检测)以及这些过程的固有长度尺度(自旋相干长度)的一般基本问题目前正在深入的基础研究中得到解决。另一个新兴的研究领域，被称为“自旋热电子学”，专注于温度和自旋输运之间的相互作用。这将允许通过温度梯度产生自旋电流，或者使用自旋电流进行热传输。可以用作自旋敏感逻辑器件的两种可能的逻辑元件都是三端器件，并被称为“自旋晶体管”，以强调与基于电荷的“传统”电子器件的类比。它们的工作原理如下:基极电流在发射极(E)和基极(B)之间运行。由于半导体-金属界面处形成的肖特基势垒，导致热电子注入形 ...

磁性材料的分类反磁性材料从抗磁性开始，这是一种弱磁性，主要归因于电子的轨道运动，在经典的“电流回路”中产生磁矩。当外加磁场作用在抗磁性材料上时，它就会产生磁通量。然而，根据伦茨定律，感应磁通量抵消了外场的变化，因此抗磁性材料相对于外加磁场的方向表现出反平行的磁化，与后者相反。因此，抗磁性材料的磁化强度与外加磁场成正比，如图1a它们的相对磁化率为负且非常弱，约为10-5,它们的渗透率略小于1。许多金属和大多数非金属都是抗磁性的。有趣的是，如果材料中只存在少量的磁性原子，它们的影响足以掩盖抗磁性，使非磁性原子被邻近的铁磁性原子自旋极化。目前，这种效应在某些纳米级自旋电子器件中得到了应用。顺磁性材料 ...

磁偶极子的初认识考虑到与静电学的相似之处，磁性传统上被视为强度为p1和p2的磁极之间的相互作用，它们之间的距离为r。这类似于带电粒子之间的库仑相互作用，可以写成式中F是作用在磁极上的力，而μ0是真空的磁导率。在一种补充的方法中，也可以说，产生电流的磁场或另一个磁极，将对强度为p的初始磁极施加力F式中H0为由电流或另一磁极产生的外加磁场。根据麦克斯韦的电磁理论，我们知道磁极成对出现。因此，当磁铁被切成小块时，每一块都有一对磁极。磁极之间相互施加一种力，类似的磁极相互排斥，其力F由式1描述，而南北两极相互吸引。由式2可知，如果磁性材料靠近磁铁，磁铁的磁场会使材料磁化。因此，磁场有时被称为用线表示的 ...

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 ...

双远心全景克尔显微镜的优势这一限制可以通过使用完全分离、对称排列的照明和反射路径的倾斜显微镜装置来克服。通过这样的排列，可以获得接近zui优Kerr振幅的显著纵向域对比度。这种系统的另一个优点是光学偏振光元件可以布置在透镜和磁性样品之间。这消除了在透镜表面发生的去极化效应，以及上述的法拉第效应与磁场的应用。使用变焦镜头，可以实现可变视野。图1.(a)双远心全景克尔显微镜的光路(b)饱和后磁场变化的磁电传感器元件沿传感器长轴形成的磁畴。磁性样品的平行照明是由一个准直的大功率LED光源实现的。（a）指出了可旋转偏振器、补偿器和分析器的位置。光圈光圈位于前光学透镜组的焦平面上。共轭像面相对于光轴是倾 ...

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 ...

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 ...