文档介绍：表面磁光克尔效应装置的搭建陈亮指导老师:俞熹(复旦大学物理系上海200433)摘要:本文主要在对原有的用于测量薄膜和超薄膜磁性的表面磁光克尔效应(smoke:o-opticKerreffect)装置进行故障排除,使其能够进行正常的测量,并在修改好后测量了样品的磁滞回线。关键词:表面磁光克尔效应(smoke),铁磁性薄膜,磁滞回线,labview,DAQ一、引言十九世纪中叶,MichaelFaraday和JohnKerr[1]分别发现了磁化状态对透射和反射光光偏振状态的影响,这两种现象分别被命名为Faraday效应和Kerr效应。1985年Moog和Bader进行铁磁超薄膜的磁光克尔效应测量,首次成功的测得了一个原子层磁性薄膜的磁滞回线,并提议将该技术称为smoke(o-opticKerreffect),从此smoke成为表面磁学的重要研究方法,在磁有序,磁各项异性以及磁性超薄膜相变行为方面发挥了极大的作用。相比于其他的各种方法,smoke主要有以下优点:灵敏度高,测量不损伤样品,通过聚焦,可进行局域测量,可省去样品的保护层进行原位测量等。装置相对简单等,基于labview平台下数据采集系统更是大大加快其测量速度。因此,smoke已成为高校近代物理实验中重要的研究型实验。近年来又由于磁光记忆材料研究的不断发展,smoke不论是在科研还是实用中都扮演越来越重要的角色。二、原理[2]磁光克尔效应是指铁磁性样品的磁化状态会对其表面的反射光的偏振状态产生影响。当线偏振光入射到表面时如果样品时各项异性的,反射光将会变成椭圆偏振光。而如果此样品为铁磁状态,那么由于样品的磁化状态会导致反射光偏振面转过一个额外的小角度,这个小角度称为Kerr旋转角θk,即椭圆长轴与原偏振方向的夹角。同时,一般情况下由于样品对P偏振和S偏振光的吸收率不同,即使样品处于非铁磁状态,反射光的椭偏率也会发生变化,而铁磁性样品的磁化状态会导致椭偏率有一附加变化,这个变化叫做Kerr椭偏率εk(椭圆的长短轴之比)。由于Kerr旋转角θk和Kerr椭偏率εk都是磁化强度M的函数,因此,可以通过测量θk或εk的变化,从而得到样品的磁化状态的信息。图一、磁光克尔效应的分类按照磁化强度M方向与入射面的方向的不同,磁光Kerr效应可以分为三类如图一:极向Kerr效应(polar)、纵向Kerr效应(longitudinal)与横向Kerr效应(transverse)。对于磁性薄膜材料,通常纵向kerr效应较为明显。图二:正负Kerr旋转角的区分示意图分示意图下面以纵向kerr效应为例讨论smoke测量原理。假设激光器产生的激光经过起偏器后以p光入射到样品表面,反射光经由检偏器检偏后进入光电转换放大器。起偏器与检偏器透振方向设成88°~89°,即近似消光位置并且偏过一个小角度δ约为1°~2°。若起偏器与检偏器设成完全消光如图二左侧,这样实验测量将得不出kerr角的正负方向,因为当kerr角大小相同而方向相反时有相同的光强。而如若有一个小夹角,如图二右侧,kerr角大于零比kerr角小于零有更大的光强。如果样品处于非磁化状态,反射光偏正状态不发生改变。如果样品是处于磁化状态,则反射光中含有一个很小的电场分量Es垂直于Ep,在小角度近似下有。此时,通过检偏器的光强为:由此可得,饱和状态下,Kerr旋转角为:其中