磁光克爾譜寫磁學新篇章

一、引言

隨著科學技術的發展，對于材料的表征和研究要求越來越高，而磁光克爾系統可以提供非常精確的磁性數據和圖像，在配合光學、磁學、電學等學科的基礎上，實現多種原位測試能力。因此在材料科學、物理、化學等領域都有很大的應用潛力。

本期就讓TuoTuo科普帶大家初步了解什么是磁光克爾吧。

二、磁光克爾效應

磁光克爾效應（Magneto-optical Kerr effect）是指當一束線偏振光入射到鐵磁性樣品表面時，經樣品表面反射的光其偏振面相對于線偏振光的偏振面旋轉了一個很小的角度，這個旋轉的角度被稱為克爾旋轉角。

圖1  偏振光入射到不同磁化方向樣品表面發生不同程度和方向的偏轉

三、克爾效應的分類

按照磁場相對于入射面的配置狀態不同，可將磁光克爾效應分為三種類型：

圖2  磁光克爾效應

a:極向克爾效應

磁化方向垂直于樣品表面并且平行于入射面。通常情況下，極向克爾信號的強度隨光的入射角的減小而增大，在入射角為零時（垂直入射）達到Z大。

b:縱向克爾效應

磁化方向在樣品膜面內，并且平行于入射面?？v向克爾信號的強度一般隨光的入射角的減小而減小。通常情況下，縱向克爾信號中比極向克爾信號小一個數量級,縱向克爾效應的探測遠比極向克爾效應困難。但對于很多薄膜樣品來說，易磁軸往往平行于樣品表面，因而只有在縱向克爾效應配置下，樣品的磁化強度才容易達到飽和。因此，縱向克爾效應對于薄膜樣品的磁性研究來說是十分重要的。

c:橫向克爾效應

磁化方向在樣品膜面內，并且垂直于入射面。橫向克爾效應中，只有在偏振光偏振方向平行于入射面入射條件下，偏振光才有一個很小的反射率的變化。

在顯微成像的磁光克爾中，一般極向克爾信號Z強，縱向克爾信號次之，橫向克爾信號最弱。

四、       磁性薄膜材料的研究應用

磁光克爾效應對研究磁性超薄膜材料表面磁學性質有重要應用。通過測量鐵磁性樣品的磁光克爾效應可得到磁性樣品的磁滯回線，可以對樣品的磁學性質進行分析，也可通過反射光成像觀察非透明磁性介質的磁疇結構及其動態變化。

1、磁滯

圖3  磁滯回線與磁疇檢測圖

圖4  磁滯現象和磁滯回線示意圖（來源于網絡）

所謂磁滯現象是指鐵磁質磁化狀態的變化總是落后于外加磁場的變化，在外磁場撤消后，鐵磁質仍能保持原有的部分磁性。

磁性材料按照矯頑力大小分為3類：軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料

圖5  磁滯回線分類

2、       磁疇

圖6  磁疇（拍攝于托托科技的磁光克爾設備）

所謂磁疇，是指鐵磁體材料在自發磁化的過程中為降低靜磁能而產生分化的方向各異的小型磁化區域，每個區域內部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區域之間原子磁矩排列的方向不同。各個磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。

五、托托科技磁光克爾綜合測試平臺測試案列

圖7 托托科技磁光克爾綜合測試平臺測試案列

圖8 某公司磁光克爾顯微鏡磁疇成像（磁性纖維樣品）

圖9 托托科技磁光克爾顯微鏡磁疇成像（磁性纖維樣品）

六、托托科技磁光克爾顯微鏡綜合測試設備

托托磁光克爾顯微鏡綜合測試設備，顯微磁疇空間分辨率優于0.5微米，磁光克爾角分辨率優于0.1毫度，支持極向克爾、縱向克爾、橫向克爾三種磁光克爾效應測量方式。在追蹤平面內數百萬點的磁疇動態信息的同時，可搭配探針臺實現電學、磁學、光學同步觀測，廣泛應用于磁學和自旋電子學領域中磁光克爾效應，磁滯回線，磁疇翻轉或擴展動態等觀測。

托托科技提供的標準系統按照性能優先，穩定性優先的設計思路，可以滿足實驗室研究及工業生產中各種相關材料的測試需求。標準設備中提供了磁場激勵、電流激勵等多種選項，是客戶在自旋特性研究中的得力測試平臺。

圖10  托托科技磁光克爾顯微鏡綜合測試設備