磁光克爾效應(yīng)作為表面磁學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)手段，已被廣泛應(yīng)用于磁有序、磁各向異性、多層膜中的層間耦合以及磁性薄膜間的相變行為等問題的研究。磁光克爾法是測(cè)量材料性別是薄膜材料物性的種有效方法。本文較詳細(xì)的介紹了磁光克爾效應(yīng)的原理，測(cè)量方法以及磁光克爾法的實(shí)驗(yàn)裝置，也介紹了實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器的點(diǎn)。zui后較為詳細(xì)的介紹了磁光克爾法測(cè)量NiMn多層薄膜的磁滯回線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出NiMn多層薄膜有明顯的磁滯行為，反應(yīng)了NiMn多層薄膜的鐵磁性。
簡(jiǎn)介
在1845年，Michael Faraday發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加磁場(chǎng)加在玻璃樣品上時(shí)，透射光的偏振面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)，隨后他在外加磁場(chǎng)之金屬 表面上做光反射的實(shí)驗(yàn)，但由于他所謂的表面并不夠平整，因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不 能使人信服。1877年John Kerr在觀察偏振化光從拋光過的電磁鐵磁反射出來(lái)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了磁光克爾效應(yīng)(magneto-optic Kerr effect)。1985年Moog和 Bader兩位學(xué)者行鐵薄膜磊晶成長(zhǎng)在金單晶(100)面上的磁光克爾效應(yīng)做了大量實(shí)驗(yàn)，成地得到原子層厚度磁性物質(zhì)之磁滯回線，并且提出了以SMOKE(surface magneto-optic Kerr effect的縮寫)來(lái)作為表面磁光克爾效應(yīng)，用以表示應(yīng)用磁光克爾效應(yīng)在表面磁學(xué)上的研究。由于此方法致磁性解析靈敏度達(dá)原子層厚度，且儀器配置合于真空系統(tǒng)之作，因而成為表面磁學(xué)的重要研究方法。 表面磁光克爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是表面磁性研究中的種重要手段，它在磁性薄膜的磁有序、磁各向異性、層間耦合和磁性薄膜的相變行為等方面的研究中都有重要應(yīng)用。應(yīng)用該系統(tǒng)可以自動(dòng)掃描磁性樣品的磁滯回線，從而獲 得薄膜樣品矯頑力、磁各異性等方面的信息。
表面磁光克爾效應(yīng)(surface magneto-optic Kerr effect，縮寫為SMOKE)作為表面磁學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)手段，已被廣泛應(yīng)用于磁有序、磁各向異性、多層膜中的層間耦合以及磁性薄膜間的相變行為等問題的研究.自1985年代以來(lái)相繼出現(xiàn)了多種SMOKE實(shí)驗(yàn)方案.由于SMOKE要求能夠達(dá)到單原子層磁性檢測(cè)的靈敏度，因此對(duì)于光源和檢測(cè)手段提出了很的要求.目前際上常見的是用輸出率很穩(wěn)定的偏振激光器.如Bader等人采用的穩(wěn)定度偏振激光器，其穩(wěn)定度小于0.1。也有用Wollaston棱鏡分光的方法，降低對(duì)激光率穩(wěn)定度的要求.Chappert等人的方案是將從樣品出射的光經(jīng)過Wollaston棱鏡分為I和P偏振光，再經(jīng)過測(cè)量它們的比值來(lái)消除光強(qiáng)不穩(wěn)定成的影響.但這種方法的背景信號(hào)非常大，對(duì)探測(cè)器以及后放大器的要求很.也有人采用普通的氦氖激光器在起偏器后加分光鏡，將信號(hào)分為信號(hào)光束和參考光束，通過測(cè)量二者的比值來(lái)消除由于激光器光強(qiáng)和偏振面不穩(wěn)定成的影響.本文給出的SMOKE新型測(cè)量系統(tǒng)，采用更為普通的半導(dǎo)體激光器作光源，用常見硅光電池行克爾信號(hào)的采集，同樣成地得到了磁滯回線，且整個(gè)系統(tǒng)有較的檢測(cè)靈敏度。因此，它是種普適方案，在些科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)室使用后，均取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。
磁光信息存儲(chǔ)是近年發(fā)展起來(lái)的新，是對(duì)傳統(tǒng)信息存儲(chǔ)的革新。開發(fā)更多、性能更加，而且實(shí)用的磁光介質(zhì)材料是當(dāng)前信息存儲(chǔ)域的項(xiàng)重要的務(wù)。測(cè)量磁光介質(zhì)的克爾轉(zhuǎn)角則是研究這些材料的基本手段和方法。對(duì)于非開發(fā)人員來(lái)講，測(cè)量磁光克爾轉(zhuǎn)角的實(shí)驗(yàn)方面能夠提行物理綜合實(shí)驗(yàn)的能力，另方面對(duì)信息存儲(chǔ)的新將有更加深刻的理解，能啟發(fā)他們利用物理原理在信息存儲(chǔ)等域提出新的設(shè)想，做出新的貢獻(xiàn)。
光學(xué)中的磁光克爾效應(yīng)
磁光克爾效應(yīng)
當(dāng)束單色線偏振光照射在磁光介質(zhì)薄膜表面時(shí)，分光線將發(fā)生透射，透射光線的偏振面與入射光的偏振面相比有轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角被叫做磁光法拉轉(zhuǎn)角(θF).而反射光線的偏振面與入射光的偏振面相比也有轉(zhuǎn)角，這個(gè)轉(zhuǎn)角被叫做磁光克爾轉(zhuǎn)角(θk)，這種效應(yīng)叫做磁光克爾效應(yīng).磁光克爾效應(yīng)包括三種情況:(1)縱向克爾效應(yīng)，即磁化強(qiáng)度既平行于介質(zhì)表面又平行于光線的入射面時(shí)的克爾效應(yīng);(2)向克爾效應(yīng)，即磁化強(qiáng)度與介質(zhì)表面垂直時(shí)發(fā)生的克爾效應(yīng);(3)橫向克爾效應(yīng)，即磁化強(qiáng)度與介質(zhì)表面平行時(shí)發(fā)生的克爾效應(yīng)(如圖1-1所示).
縱向克爾效應(yīng) 向克爾效應(yīng) 橫向克爾效應(yīng)
圖1-1 三種磁光克爾效應(yīng)
對(duì)于已經(jīng)寫入了信息的磁光介質(zhì)，要讀出所寫的信息則需要利用磁光克爾效應(yīng)來(lái)行.具體方法是:將束單色偏振光聚焦后照射在介質(zhì)表面上的某點(diǎn)，通過檢測(cè)該點(diǎn)處磁疇的磁化方向來(lái)辨別信息的"0"或"1"。例如，被照射的點(diǎn)為正向磁化，則在該點(diǎn)的反射光磁光克爾轉(zhuǎn)角應(yīng)為+θk，見圖1-2，相反被照射的點(diǎn)為反向磁化，則在該點(diǎn)的反射光磁光克爾轉(zhuǎn)角應(yīng)為-θk。因此，如果偏振分析器的軸向恰好調(diào)整為與垂直于記錄介質(zhì)的平面成θk夾角，那么在介質(zhì)上反向磁化點(diǎn)的反射光線將不能通過偏振分析器，而在介質(zhì)的正向磁化處，反射光則可以通過偏振分析器。這表明反射光的偏振面旋轉(zhuǎn)了2θk的角度.這樣，如果我們?cè)诮?jīng)過磁光介質(zhì)表面反射的光線后方，在通過偏振分析器后的光路上安放光電檢測(cè)裝置(例如光電倍增管)，就可以很方便地辨認(rèn)出反射點(diǎn)是正向磁化還是反向磁化，也就是成了"0"和"1"的辨認(rèn).可見，磁光克爾轉(zhuǎn)角在磁光信息讀出時(shí)扮演著十分重要的角色.如果把磁光介質(zhì)附著在可旋轉(zhuǎn)的圓盤表面，就構(gòu)成了磁光盤.磁光盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果同時(shí)有單色偏振光聚焦在磁光盤表面，就可實(shí)現(xiàn)光線的逐點(diǎn)掃描，即信息被連續(xù)讀出。
