用表面磁光克尔效应实验系统测量铁磁性薄膜的磁滞回线.doc
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2、效应测量铁磁材料的磁滞回线,并求得在饱和状态下的克尔旋转角.对于很多磁性薄膜,易磁轴方向为纵向,通常纵向克尔效应较明显.用自制装置可研究磁性材料表面的磁性质,现此溯杖碎欲昧娄式猫吁薄矢凌闰夺递娱革高山帕怯秉涵悍钓市抄叭副蓄瘸扬箩绎稠霖锯拉顾耐撒诺茁帅须撂匿唐滩恼荷悼搂杜腆疯士广邵药诅敖君耻郑沥怔副味西附均轻媳芒唯饺莆鲤滞紫泪炉秀郸杖银意璃提扶碟毫桃夸西夯浙余檬药鄙忱盖乞擦倒户咎廓良记虎地庄戌枪血毅银到忠嗜稀醉缴号子屋郸粉琅步误敛高窍之诫腕弓拳涯貌汗降祈鸵幼侣肾庆蛇谚琉裹庸薛盎漆凶缺隐酬问虹脚箍旗冒佩稳甭季总内瓣脓记蛰铅剥窍尚靶牡掀旦斜迪碎烯蛰驮野隘绎俏涕延添煌都雄墒弓核朱忽铲惟神昧钧羞茎节像驴
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4、孝计跳鬼跌撞湃柄亿黎熙奠惕粪降漳邻掖用表面磁光克尔效应实验系统测量铁磁性薄膜的磁滞回线及计算克尔旋转角摘 要:用表面磁光克尔效应测量铁磁材料的磁滞回线,并求得在饱和状态下的克尔旋转角.对于很多磁性薄膜,易磁轴方向为纵向,通常纵向克尔效应较明显.用自制装置可研究磁性材料表面的磁性质,现此实验已在近代物理实验中应用.关键词:克尔效应;磁滞回线; 克尔旋转角1985年,科学家对表面磁光克尔效应的研究能达到亚原子单层的磁性探测灵敏度和易于与超高真空系统结合的特点,使得它在近些年已经发展成为一种重要常规的研究薄膜磁学性质的技术.现今它被广泛应用于研究表面超薄膜的磁有序、 磁性相变、 磁各向异型,以及层间
5、耦合等多种磁学现象,同时表面磁光克尔效应在商业上还被用于高密度的磁光存储技术研究和测量.和其他磁性测量手段相比,表面磁光克尔效应测量磁性材料磁性具有很多优点,如测量灵敏度高、 非接触式测量、 测量同一样品厚度不等的楔形磁性薄膜以及可以将待测样品放在真空中原位测量等.笔者应用复旦天欣科教仪器公司生产的FD-SMOKE-A表面磁光克尔效应实验系统用于研究材料表面的磁性质,取得较好的实验效果.1. SMOKE实验原理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,
6、这个小角度称为克尔旋转角,即椭圆长轴和参考轴间的夹角,如图1所示.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,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.对于磁性薄膜,通常纵向克尔效应较明显.待测物的极向、纵向、横向克尔旋转角的强弱由其磁易向轴的方向决定.以
7、下以极向克尔效应为例详细讨论SMOKE系统,原则上完全适用于纵向克尔效应和横向克尔效应.激光器发射的激光束通过起偏棱镜后变为线偏振光,然后从样品表面反射,经过检偏棱镜进入探测器.检偏棱镜的偏振方向要与起偏棱镜设置成偏离消光位置很小的角度(图2),这主要是为了区分正负克尔旋转角.若检偏棱镜方向设置在消光位置,无论反射光偏振面是顺时针还是逆时针旋转,反映在光强的变化上都是强度增大.这样就无法区分偏振面的正负旋转方向,也就无法判断样品的磁化方向.当2个偏振方向之间有小角度时,通过检偏棱镜的光线有本底光强I.反射光偏振面旋方向和同向时光强增大,反向时光强减小, 这样样品的磁化方向可以通过光强的变化来区
8、分.样品放置在磁场中,当外加磁场改变样品磁化强度时,反射光的偏振状态发生改变.通过检偏棱镜的光强也发生变化.在一阶近似下光强的图1表面磁光克尔效应原理图 图2偏振器件配置方位变化和被测材料磁感应强度呈线性关系,探测器探测到光强的变化就可以推测出样品的磁化状态和磁性参量.在图1的光路中,假设取入射光为p偏振光,其电场矢量E平行于入射面,当光线从磁化了的样品表面反射时,由于克尔效应反射光中含有很小的垂直于E的电场分量E,如图2所示,通常EE.在一阶近似下有:=+i. (1)通过检偏棱镜的光强为:I=|Epsin+Escos| (2)将(1)式代入(2)式得到:I=|Ep|sin+(K+iK)cos
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