為了深入了解磁性材料和器件的性質(zhì)阀圾,能夠研究被研究材料或器件的磁疇結(jié)構(gòu)是很重要的狗唉。其中zui普遍使用的工具便是磁光克爾效應(yīng)顯微鏡初烘。
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磁光克爾效應(yīng)顯微鏡
磁域
磁疇是單向磁化的區(qū)域肾筐,受自然基本定律之一的支配-系統(tǒng)中的能量能較小化。這些是肉眼看不見的缸剪,它們是非結(jié)構(gòu)化磁性材料中的微觀結(jié)構(gòu)(如圖1所示)吗铐。對磁疇結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的理解在磁性材料的各種應(yīng)用中也變得越來越重要,例如磁記錄工業(yè)中的薄膜記錄磁頭和信息技術(shù)中的自旋電子設(shè)備杏节。
圖1
域觀測技術(shù)
目前存在許多不同的技術(shù)來研究磁性材料的疇結(jié)構(gòu)唬渗。其中一種技術(shù)是磁光成像技術(shù)奋渔,它具有相對便宜镊逝、非侵入性、無污染和能夠處理大范圍磁性樣品的顯著優(yōu)點嫉鲸。反射模式下的磁光成像利用了磁光克爾效應(yīng)撑蒜,而透射模式下的成像利用了法拉第效應(yīng)。這兩種效應(yīng)的基本原理是相似的玄渗。從磁性樣品表面反射或通過磁性樣品透射的光將與樣品內(nèi)部的磁化相互作用座菠。通過這種相互作用藤树,光的偏振態(tài)會發(fā)生變化,入射和反射(透射)光束之間的差異可以用來研究樣品不同區(qū)域內(nèi)的磁化強度也榄。
磁光克爾效應(yīng)顯微鏡
通過三種主要類型的磁光克爾效應(yīng)巡莹,獲得了不同材料的較佳光學(xué)對比條件。根據(jù)入射光偏振甜紫、入射平面和樣品磁化之間的矢量關(guān)系降宅,這些類型可分為極性囚霸、縱向和橫向克爾效應(yīng)腰根。圖2顯示了縱向情況下這些物理量之間的方向關(guān)系。
圖2
為了檢測從磁化表面反射引入光偏振態(tài)的變化拓型,在光程中放置了一對近交叉的偏振器额嘿。入射光束上的線性偏振器將偏振限制在一個方向上瘸恼。通過光與磁化表面的相互作用,產(chǎn)生與入射光束垂直的偏振分量东帅。反射光束通過與入射光偏振器近交叉的分析器。這樣球拦,光與磁化表面相互作用后保持其原始偏振態(tài)的分量被衰減,而通過磁光(Kerr)相互作用產(chǎn)生的分量則被允許通過檢測器坎炼。
其zui大衰減的入射光是實現(xiàn)當(dāng)偏振光完全交叉愧膀,但克爾分量的光是非常弱的,將需要一個非常敏感的探測器谣光。通過允許一些入射光到達探測器檩淋,克爾信號和背景(入射)信號被允許相干地增加,從而形成一個更高的信號萄金,這很容易被傳統(tǒng)探測器記錄蟀悦。
應(yīng)用
磁疇研究在許多電氣應(yīng)用中都是有用的,包括磁存儲設(shè)備捡絮、變壓器和電機熬芜。理解磁疇意味著在這類設(shè)備中具有更高的性能和效率。為了更好地理解這些磁疇涎拉,克爾效應(yīng)可以用來研究它們的結(jié)構(gòu)。隨著制造依賴磁疇的器件技術(shù)的進步的圆,觀察其結(jié)構(gòu)的難度也在增加。
磁性記錄介質(zhì)就是這樣一種應(yīng)用≡铰瑁現(xiàn)在季俩,制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以制造更薄的存儲介質(zhì)的地步,我們能夠提高使用這種技術(shù)的設(shè)備的存儲密度梅掠。此外酌住,通過減少這種介質(zhì)的厚度,我們現(xiàn)在能夠降低協(xié)同性阎抒,從而可以在較弱的磁場下存儲相同數(shù)量的數(shù)據(jù)酪我。克爾效應(yīng)顯微鏡可以觀察疇壁且叁,找到合適的介質(zhì)厚度和協(xié)同作用組合都哭,以獲得穩(wěn)定的信息元。
其他方法
除了克爾效應(yīng)顯微鏡外欺矫,考慮其他觀察磁疇的方法是很重要的纱新。其中一種方法是Bitter技術(shù),它利用膠體磁鐵礦顆粒來繪制區(qū)域圖案的雜散場穆趴。這種方法的一個主要缺點是脸爱,將膠體應(yīng)用于磁性樣品實際上可能會影響疇并給出其結(jié)構(gòu)的錯誤圖像。同樣值得注意的是毡代,苦效應(yīng)測量的是磁域的雜散場阅羹。因此教寂,當(dāng)需要觀察高導(dǎo)率材料的疇結(jié)構(gòu)時,或者觀察雜散場較弱的材料時执庐,Bitter方法就不太理想了酪耕。
通過磁光克爾效應(yīng)觀察域的主要優(yōu)點之一是它可以觀察各種樣品的形狀、大小和成分轨淌,同時在觀察過程中不受影響迂烁。另一種區(qū)域觀察方法,透射電子顯微鏡(TEM)盟步,在觀察不同形狀和大小的樣品的能力方面受到限制。在觀察樣品時躏结,也很難對其施加外界影響却盘,如磁場和物理應(yīng)力。TEM的視野也比克爾顯微鏡小黄橘,比克爾顯微鏡便宜,并且使用的材料和物品可以用于其他目的屈溉。
克爾顯微鏡是考慮到成本的通用的領(lǐng)域觀察技術(shù)之一塞关。它可以觀察廣泛的磁性樣品,可用于各種磁性器件子巾。雖然還有其他可用的觀察技術(shù)帆赢,但在今天的現(xiàn)代磁性材料實驗室中,采用克爾效應(yīng)的觀察技術(shù)是一種有效的解決方案线梗。
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