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磁光克尔效应原理、应用及研究实验

更新时间:2022-10-25 点击量:1186

原理:克尔磁光效应分极向、纵向和横向三种,分别对应物质的磁化强度与反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度,一般极向的效应*,纵向次之,横向则无明显的磁致旋光。

应用:克尔磁光效应的最重要应用是观察铁磁体的磁畴(见磁介质、铁磁性)。不同的磁畴有不同的自发磁化方向,引起反射光振动面的不同旋转,通过偏振片观察反射光时,将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。

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研究实验

实验目的

利用磁光克尔效应测量磁性薄膜的磁信号和磁滞回线,确定磁性薄膜的磁各向异性随薄膜厚度的影响。

研究铁磁(FM)/反铁磁(AFM)双层膜的交换偏置(Exchange bias)现象。

实验原理

1 表面磁光克尔效应(surface magneto-optic Kerr effect,SMOKE)

当线偏振光入射到不透明样品表面时,如果样品是各向异性的,反射光将变成椭圆偏振光且偏振方向会发生偏转.而如果此时样品为铁磁状态,还会导致反射光偏振面相对于入射光的偏振面额外再转过一小角度,这个小角度称为克尔旋转角θK,即椭圆长轴和参考轴间的夹角. 同时,一般而言, 由于样品对p偏振光和s偏振光的吸收率不同,即使样品处于非磁状态,反射光的椭偏率也要发生变化,而铁磁性会导致椭偏率有一附加的变化,这个变化称为克尔椭偏率εK ,即椭圆长短轴之比.

按照磁场相对入射面的配置状态不同, 表面磁光克尔效应可以分为3种:

a. 极向克尔效应,其磁化方向垂直于样品表面并且平行于入射面;

b. 纵向克尔效应, 其磁化方向在样品膜面内,并且平行于入射面;

c. 横向克尔效应,其磁化方向在样品膜面内,并且垂直于入射面.

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2 交换偏置(Exchange Bias)

铁磁(FM) / 反铁磁(AFM) 体系(如双层膜) 在外磁场中从高于反铁磁奈尔温度冷却到低温后,铁磁层的磁滞回线将沿磁场方向偏离原点,其偏离量被称为交换偏置场,通常记作HE,同时伴随着矫顽力的增加,这一现象被称之为交换偏置。


       磁光克尔效应装置是一种基于磁光效应原理设计的超高灵敏度磁强计,是研究磁性薄膜、磁性微结构的理想测量工具。旋转磁光克尔效应(RotMOKE)是在磁光克尔效应测量基础上的一种类似于转矩测量各向异性的实验方法,可以定量的得到样品的磁各向异性的值。但由于电磁铁磁场大小的限制,只适合于测量磁各向异性的易轴在膜面内而且矫顽场不太大的磁性薄膜材料。结合源表可以进行样品的磁输运性能测量。RotMOKE具有以下特点:测量精度高、测量时间短;非接触式测量,是一种无损测量;测量范围为一个点,可以测量同一样品不同部位的磁化情况;可以产生平滑、稳定的受控磁场,并且磁场平滑过零。

应用领域:

磁光克尔效应测量系统广泛应用于诸如磁性纳米技术、自旋电子学、磁性薄膜、磁性随机存储器、GMR/TMR等磁学领域。

可测试材料:记录磁头,磁性薄膜,特殊磁介质,磁场传感器



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