用表面磁光克尔效应测量材料表面磁特性的研究.pdfVIP

第 29 卷第 4 期 ( ) 辽宁师范大学学报 自然科学版 Vol . 29 　No . 4 2006 年 12 月 　　　　　 ( ) 　　　　　 J ournal of Liaoning Normal U niver sit y Nat ural Science Edition Dec . 　2006 　　文章编号 (2006) 用表面磁光克尔效应测量材料表面磁特性的研究 1 2 江 　影 , 　邹红玉 ( 1. 中国计量学院 理学院 实验中心 ,浙江 杭州 　3 100 18 ; 2 . 浙江林学院 理学院 信息物理系 ,浙江 临安 　3 11300) 摘 　要 :用表面磁光克尔效应测量铁磁材料的磁滞回线 ,并求得在饱和状态下的克尔旋转角. 对于很多磁性薄膜 , 易 磁轴方向为纵向,通常纵向克尔效应较明显. 用自制装置可研究磁性材料表面的磁性质 ,现此实验已在近代物理实验 中应用. 关键词 :克尔效应 ;磁滞回线 ;磁感应强度 中图分类号 :O482 . 5 　　　文献标识码 :A 1985 年, 科学家对表面磁光克尔效应的研究能达到亚原子单层的磁性探测灵敏度和易于与超高真空系统结合的特 点, 使得它在近些年已经发展成为一种重要常规的研究薄膜磁学性质的技术. 现今它被广泛应用于研究表面超薄膜的磁 有序 、磁性相变 、磁各向异型, 以及层间耦合等多种磁学现象, 同时表面磁光克尔效应在商业上还被用于高密度的磁光存 储技术研究和测量. 和其他磁性测量手段相比, 表面磁光克尔效应测量磁性材料磁性具有很多优点, 如测量灵敏度高 、非 接触式测量 、测量同一样品厚度不等的楔形磁性薄膜以及可以将待测样品放在真空中原位测量等. 笔者与复旦天欣科教 仪器公司协作, 参加了研制开发表面磁光克尔效应实验仪工作. 现将此先进技术引入近代物理实验, 让学生 自己制备待 测磁性材料, 用于研究材料表面的磁性质, 取得较好的实验效果. 1 　实验原理 当一束线偏振光入射到不透明样品表面时, 如果样品是各向异性的, 反射光将变成椭圆偏振光且偏振方向会发生偏 转. 而如果此时样品为铁磁状态 ,还会导致反射光偏振面相对于入射 光的偏振面额外再转过一个小的角度 ,这个小角度称为克尔旋转角 θ, 即椭圆长轴和参考轴间的夹角, 且铁磁材料磁感应强度 B 越大, 反 k 射光的克尔转角越大, 铁磁材料磁感应强度 B 与反射光的克尔转角 θ k ( 成正比. 如图 1 所示. 同时, 一般而言, 由于样品对 p 偏振光 电场矢量 ) ( ) Ep 平行于入射面 和 s 偏振光 电场矢量 Ep 垂直于入射面 的吸收率 是不一样的, 即使样品处于非磁状态, 反射光的椭偏率也要发生变化, 而铁磁性会导致椭偏率有一个附加的变化, 这个变化称为克尔椭偏率 图 1 　表面磁光克尔效应原理图 ε, 即椭圆长短轴之比. 按照磁场相对于入射面的配置状态不同, 表面 k ( ) ( ) 磁光克尔效应可以分为 3 种 : Ⅰ极向克尔效应, 其磁化方向垂直于样品表面并且平行于入射面;