磁光學(xué)顯微鏡是基于物理效應(yīng)浦马，導(dǎo)致物質(zhì)的自發(fā)磁化對(duì)光的發(fā)射和傳播的影響。這種效應(yīng)發(fā)生在可見光頻率和x射線波長(zhǎng)张漂。前者可能被稱為“傳統(tǒng)”效應(yīng)晶默，包括磁光法拉第、克爾航攒、Voigt和梯度效應(yīng)磺陡，這些效應(yīng)應(yīng)用于光學(xué)偏振顯微鏡中用于成像，而對(duì)于x射線顯微鏡漠畜，需要可調(diào)諧的x射線币他，因?yàn)樗鼈兛梢栽谕郊铀倨鬏椛湓瓷汐@得。
磁疇成像的四種傳統(tǒng)磁光效應(yīng)
從圖1的右列可以明顯看出傳統(tǒng)磁光效應(yīng)之間的現(xiàn)象學(xué)差異憔狞。對(duì)于Kerr, Voigt和梯度效應(yīng)蝴悉，在光學(xué)偏光顯微鏡下，對(duì)FeSi晶體的四相疇圖進(jìn)行了成像瘾敢，其中表面疇沿兩個(gè)正交易軸磁化拍冠。對(duì)于每種效果尿这，通過適當(dāng)設(shè)置顯微鏡的光學(xué)元件并根據(jù)指示選擇適當(dāng)?shù)墓馊肷鋪碚{(diào)整典型的域?qū)Ρ榷取Ｔ诳藸栃?yīng)中庆杜，四個(gè)疇相出現(xiàn)在多達(dá)四個(gè)不同的灰度級(jí)射众，因?yàn)檫@種效應(yīng)線性地依賴于磁化矢量。由于Voigt效應(yīng)具有二次依賴于磁化欣福，相同的區(qū)域模式在Voigt顯微鏡中只顯示兩個(gè)灰度級(jí)责球，每個(gè)磁化軸一個(gè)，與磁化方向無關(guān)拓劝。在對(duì)磁化變化敏感的梯度效應(yīng)中成像雏逾，區(qū)域邊界顯示出依賴于鄰近區(qū)域相對(duì)磁化方向的對(duì)比度。梯度和Voigt效應(yīng)都需要一個(gè)補(bǔ)償器(即一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的緩速板)郑临，它將橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為平面偏振光栖博，以實(shí)現(xiàn)zui佳對(duì)比度調(diào)整。它們?cè)诖怪比肷涮幨莦ui強(qiáng)的厢洞，在垂直入射處仇让，面內(nèi)域的克爾對(duì)比是不可能的。如果將具有相似疇相的透明材料在透射中成像躺翻，將觀察到相同的對(duì)比度特征丧叽，但現(xiàn)在在法拉第，透射Voigt和透射梯度效應(yīng)中公你。在圖1中踊淳，選擇垂直入射的垂直磁化石榴石膜來表示法拉第效應(yīng)，因?yàn)檫@種極性幾何結(jié)構(gòu)在法拉第顯微鏡中zui常用陕靠。
圖1
圖1綜述了可用于磁疇成像的四種傳統(tǒng)磁光效應(yīng)迂尝。從左到右依次為:效應(yīng)名稱及其發(fā)現(xiàn)年份、光學(xué)描述剪芥、對(duì)磁化矢量M的靈敏度垄开、作者和首次應(yīng)用于成像的年份，以及光學(xué)偏光顯微鏡的典型對(duì)比外觀税肪。疇圖像取自具有垂直各向異性的單晶石榴石薄膜(上排)和厚度為0.5 mm的Fe3 wt % Si薄片(其他排)的(100)表面溉躲。表示的是照明光的偏振方向及其入射面。圖像中的箭頭表示疇的局部磁化方向益兄。Kerr和Voigt效應(yīng)顯示了相同的域模式锻梳，而梯度效應(yīng)顯示了非常相似的域狀態(tài)。
為了應(yīng)用顯微鏡的傳統(tǒng)效果偏塞，樣品被平面偏振光照射唱蒸，即通過橫向電磁波，該電磁波沿著傳播矢量k移動(dòng)灸叼，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量振蕩在平面內(nèi)神汹，兩者相互垂直庆捺，波的電場(chǎng)可以用函數(shù)來描述
圖2
時(shí)間t和位置r上均為諧波。振蕩場(chǎng)的頻率和幅值分別用ω和E0表示屁魏。由于與試樣磁化的相互作用滔以，平面偏振波被轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)和/或橢圓偏振光，如圖2a所示氓拼。旋轉(zhuǎn)和橢圓度然后通過適當(dāng)設(shè)置分析器和補(bǔ)償器轉(zhuǎn)換為域?qū)Ρ榷饶慊D2(a)在(s, k)-和(p, k)-平面上平偏振的兩個(gè)部分波的相移疊加所產(chǎn)生的橢圓偏振光的可視化。如圖所示為電場(chǎng)矢量e的空間和時(shí)間演變桃漾。通過假設(shè)橢圓波是由磁性樣品的平面偏振光反射引起的坏匪，原理圖說明了克爾效應(yīng)(盡管以一種強(qiáng)烈夸張的方式)。(b)橢圓極化表示為不同振幅和相位的左右圓極化波的疊加撬统。(c)如果兩個(gè)圓波相位不同适滓，但振幅相等，則通過疊加產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的平面極化波恋追。
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