磁光克爾譜寫磁學新篇章

一、引言

隨著科學技術的發(fā)展，對于材料的表征和研究要求越來越高，而磁光克爾系統(tǒng)可以提供非常精確的磁性數(shù)據(jù)和圖像，在配合光學、磁學、電學等學科的基礎上，實現(xiàn)多種原位測試能力。因此在材料科學、物理、化學等領域都有很大的應用潛力。

本期就讓TuoTuo科普帶大家初步了解什么是磁光克爾吧。

二、磁光克爾效應

磁光克爾效應（Magneto-optical Kerr effect）是指當一束線偏振光入射到鐵磁性樣品表面時，經(jīng)樣品表面反射的光其偏振面相對于線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)了一個很小的角度，這個旋轉(zhuǎn)的角度被稱為克爾旋轉(zhuǎn)角。

圖1  偏振光入射到不同磁化方向樣品表面發(fā)生不同程度和方向的偏轉(zhuǎn)

三、克爾效應的分類

按照磁場相對于入射面的配置狀態(tài)不同，可將磁光克爾效應分為三種類型：

圖2  磁光克爾效應

a:極向克爾效應

磁化方向垂直于樣品表面并且平行于入射面。通常情況下，極向克爾信號的強度隨光的入射角的減小而增大，在入射角為零時（垂直入射）達到ZD。

b:縱向克爾效應

磁化方向在樣品膜面內(nèi)，并且平行于入射面。縱向克爾信號的強度一般隨光的入射角的減小而減小。通常情況下，縱向克爾信號中比極向克爾信號小一個數(shù)量級,縱向克爾效應的探測遠比極向克爾效應困難。但對于很多薄膜樣品來說，易磁軸往往平行于樣品表面，因而只有在縱向克爾效應配置下，樣品的磁化強度才容易達到飽和。因此，縱向克爾效應對于薄膜樣品的磁性研究來說是十分重要的。

c:橫向克爾效應

磁化方向在樣品膜面內(nèi)，并且垂直于入射面。橫向克爾效應中，只有在偏振光偏振方向平行于入射面入射條件下，偏振光才有一個很小的反射率的變化。

在顯微成像的磁光克爾中，一般極向克爾信號ZQ，縱向克爾信號次之，橫向克爾信號最弱。

四、       磁性薄膜材料的研究應用

磁光克爾效應對研究磁性超薄膜材料表面磁學性質(zhì)有重要應用。通過測量鐵磁性樣品的磁光克爾效應可得到磁性樣品的磁滯回線，可以對樣品的磁學性質(zhì)進行分析，也可通過反射光成像觀察非透明磁性介質(zhì)的磁疇結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化。

1、磁滯

圖3  磁滯回線與磁疇檢測圖

圖4  磁滯現(xiàn)象和磁滯回線示意圖（來源于網(wǎng)絡）

所謂磁滯現(xiàn)象是指鐵磁質(zhì)磁化狀態(tài)的變化總是落后于外加磁場的變化，在外磁場撤消后，鐵磁質(zhì)仍能保持原有的部分磁性。

磁性材料按照矯頑力大小分為3類：軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料

圖5  磁滯回線分類

2、       磁疇

圖6  磁疇（拍攝于托托科技的磁光克爾設備）

所謂磁疇，是指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。各個磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。

五、托托科技磁光克爾綜合測試平臺測試案列

圖7 托托科技磁光克爾綜合測試平臺測試案列

圖8 某公司磁光克爾顯微鏡磁疇成像（磁性纖維樣品）

圖9 托托科技磁光克爾顯微鏡磁疇成像（磁性纖維樣品）

六、托托科技磁光克爾顯微鏡綜合測試設備

托托磁光克爾顯微鏡綜合測試設備，顯微磁疇空間分辨率優(yōu)于0.5微米，磁光克爾角分辨率優(yōu)于0.1毫度，支持極向克爾、縱向克爾、橫向克爾三種磁光克爾效應測量方式。在追蹤平面內(nèi)數(shù)百萬點的磁疇動態(tài)信息的同時，可搭配探針臺實現(xiàn)電學、磁學、光學同步觀測，廣泛應用于磁學和自旋電子學領域中磁光克爾效應，磁滯回線，磁疇翻轉(zhuǎn)或擴展動態(tài)等觀測。

托托科技提供的標準系統(tǒng)按照性能優(yōu)先，穩(wěn)定性優(yōu)先的設計思路，可以滿足實驗室研究及工業(yè)生產(chǎn)中各種相關材料的測試需求。標準設備中提供了磁場激勵、電流激勵等多種選項，是客戶在自旋特性研究中的得力測試平臺。

以上就是本期關于磁光克爾的全部內(nèi)容，如果您還想了解更多有關磁學的知識，敬請期待下期。

圖10  托托科技磁光克爾顯微鏡綜合測試設備