在外加磁場的作用下治力，薄膜和超薄膜中亞毫米橫向分辨率的磁疇成像仍然是磁顯微鏡的一個挑戰(zhàn)。人們發(fā)明了一種利用磁光技術(shù)在可見光范圍內(nèi)研究原位制備超薄膜的磁疇垄开、磁化反轉(zhuǎn)和自旋重定向轉(zhuǎn)變的超高壓系統(tǒng)琴许。利用磁光克爾效應(yīng)(MOKE)記錄磁化曲線(磁滯回線)，利用克爾顯微鏡或磁光掃描近場顯微鏡結(jié)合Sagnac干涉儀(Sagnac- snom)對磁疇結(jié)構(gòu)進行成像溉躲。
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用于薄膜的遠場和近場磁光學(xué)顯微鏡的多功能特高壓系統(tǒng)
基于電子顯微鏡的高分辨率成像技術(shù)榜田，如帶偏振分析的二次電子顯微鏡(SEMPA)锻梳，或光子發(fā)射電子顯微鏡(PEEM)或使用磁探針的技術(shù)(磁力顯微鏡(MFM)或自旋極化掃描隧道顯微鏡(STM)箭券，通常局限于小的外部磁場。磁光顯微鏡沒有這樣的限制疑枯。然而辩块，由于傳統(tǒng)(遠場)光學(xué)顯微鏡的橫向分辨率受到衍射的限制，大約只能達到光波長的一半废亭，因此納米結(jié)構(gòu)只能通過X射線顯微鏡或掃描近場光學(xué)顯微鏡(SNOM)在可見光范圍內(nèi)成像。
用于磁光研究的相當(dāng)緊湊和振動隔離的特高壓室連接到配備薄膜制備設(shè)施的特高壓系統(tǒng)具钥，以及用于表征薄膜結(jié)構(gòu)和形態(tài)的STM和低能電子衍射(LEED)豆村。結(jié)合極性和縱向MOKE, kerr顯微鏡和Sagnac-SNOM測量可以在變溫度和外磁場下進行。由于在連續(xù)的MOKE, kerr顯微鏡和SNOM測量之間不需要樣品轉(zhuǎn)移骂删，因此樣品可以保持在恒定溫度下掌动，而磁疇結(jié)構(gòu)可以在不同的長度尺度上進行研究(橫向平均MOKE為E1 mm, kerr顯微鏡為bbb3mm, SNOM為亞毫米結(jié)構(gòu))。系統(tǒng)的示意圖如圖1所示宁玫。
圖1
所有測量都可以在高達1500歐的外部磁場中進行粗恢，垂直或平行于薄膜平面，使用可旋轉(zhuǎn)的(2軸)特高壓電磁鐵欧瘪，在其中一個極鞋中有錐形孔眷射，用于極幾何測量佛掖。樣品溫度調(diào)節(jié)在約20和400 K之間的lhe流低溫恒溫器與集成加熱器的溫度控制妖碉，樣品支架安裝。對于MOKE和kerr顯微鏡苦囱，所有光學(xué)元件都位于特高壓室之外嗅绸。入射和反射光束通過UHV視孔。在MOKE和Kerrmicroscopy之間切換需要旋轉(zhuǎn)樣品和磁鐵撕彤。可轉(zhuǎn)移的SNOM頭(見圖1中的照片)由(i)用于掃描樣品表面上錐形玻璃纖維的壓電管掃描儀和(ii)安裝在掃描儀正面的抖動單元組成羹铅，該單元用于剪切力距離控制蚀狰。由于SNOM尖端用于照明和收集反射光(共享孔徑模式)，所有其他光學(xué)元件都可以放置在UHV之外的光學(xué)臺上职员。在特高壓中麻蹋，我們使用聚酰亞胺涂層單模玻璃纖維，通過特高壓法蘭的孔進行饋送
為了檢測SNOM中的磁光Kerr效應(yīng)焊切，人們使用了一種改進的Sagnac干涉儀扮授，工作在670 nm波長芳室。與傳統(tǒng)的偏振分析相比，Sagnac干涉儀對雙折射或地形效應(yīng)等互反效應(yīng)不敏感刹勃。這些影響通常會導(dǎo)致Kerr-SNOM圖像中的偽影堪侯。
為了測試新的可變溫度UHV-Sagnac-SNOM的性能荔仁，人們使用了一小塊垂直磁化和大Kerr旋轉(zhuǎn)(紅光約0.41)的TbFeCo磁光(MO)盤伍宦。表面輪廓由1毫米寬的軌道組成，由0.6毫米寬和100毫米深的凹槽分隔乏梁。沿著磁道次洼，等間距的磁位與相反的磁化被熱磁寫入。
圖2
圖2(a)和(b)顯示了MO盤的Sagnac-SNOM圖像以及同時記錄的地形圖像遇骑。在地形圖像中可以清晰地檢測到軌跡和凹槽，這表明在目前的設(shè)置下质蕉，尖端到樣本的距離控制在特高壓下工作得很好势篡。圖像中的小波紋結(jié)構(gòu)是由噪聲激發(fā)的尖端到樣品的振動引起的。所呈現(xiàn)的圖像在室溫下記錄模暗。然而禁悠，應(yīng)該提到的是，用液氦冷卻樣品并不影響圖像的距離控制和質(zhì)量兑宇。從線掃描中碍侦，我們得到了小于10納米的均方根噪聲電平(見圖2(c))。
在圖2(b)的磁光圖像中隶糕，磁性位清晰可見瓷产。甚至熱磁寫入比特的圓形也被很好地分解了。圖像沿軌道邊緣的亮條紋是由于反射光強度的強烈變化枚驻。原則上，這種強度效應(yīng)可以通過適當(dāng)?shù)墓庑盘枤w一化來降低再登。儀器的橫向分辨率和克爾旋轉(zhuǎn)靈敏度是通過沿軌跡的鉆頭的線掃描儀來估計的(見圖2(d))尔邓。磁比特邊緣的寬度和橫向分辨率約為300納米。這略低于遠場顯微鏡的分辨率極限锉矢。原則上使用金屬涂層纖維尖端可以得到進一步的改進梯嗽。另一方面，信噪比為S/NE10沽损。噪聲可能主要是由于機械振動灯节，因為反射光的強度以指數(shù)形式取決于尖端到樣本的距離。由于信號對應(yīng)于克爾旋轉(zhuǎn)的兩倍(E0.81)，磁光靈敏度從信噪比估計到約1.3 mrad炎疆。它已經(jīng)足夠成像磁疇卡骂，例如，厚度超過2單層的Fe/Cu(1 0 0)薄膜磷雇。然而躏救，單層靈敏度可以通過進一步降低振動噪聲來實現(xiàn)唯笙，例如通過消除噪聲源。
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