表面磁光克尔效应试验-复旦大学物理教学试验中心FudanPhysics.PDF

表面磁光克尔效应实验 复旦大学物理学系 董国胜、金晓峰、陆申龙、马世红 2011.7.11 于南宁，广西大学 Outline 1. 历史背景 2. 实验原理 3.实验仪器装置简介 4.实验测量结果 5.表面磁光克尔效应在超薄膜磁性之应用 6. 结束语 1. 历史背景 －－1845年 Michael Faraday首先发现了磁 光效应，他发现当外加磁场加在 玻璃样品上时，透射光的偏振面 将发生旋转，随后他加磁场于金 属表面上做光反射的实验，但由 于金属表面并不够平整，因而实 验结果不能使人信服。 1. 历史背景 －－1877年 John Kerr在观察偏振光从 抛光过的电磁铁磁极反射出 来时，发现了磁光克尔效应 (magneto-optic Kerr effect)。 1. 历史背景 －－ 1985年 Moog和Bader两位学者进行 铁磁超薄膜的磁光克尔效应测量， 成功地得到一原子层厚度磁性物质 的磁滞回线，并且提出了以SMOKE 来作为表面磁光克尔效应 (surface magneto-optic Kerr effect)的缩写， 用以表示应用磁光克尔效应在表面 磁学上的研究。 1. 历史背景 由于此方法的磁性测量灵敏度可以达 到一个原子层厚度，并且仪器可以配置 于超高真空系统上面工作，所以成为表 面磁学的重要研究方法。 表面磁性以及由数个原子层所构成的 超薄膜和多层膜磁性，是当今凝聚态物 理领域中的一个极其重要的研究热点。 而表面磁光克尔效应（SMOKE ）谱作 为一种非常重要的超薄膜磁性原位测量 的实验手段，正受到越来越多的重视。 并且已经被广泛用于磁有序、磁各向异 性以及层间耦合等问题的研究。 1. 历史背景 与其他的磁性测量手段相比较，SMOKE所 具有的四个优点： 1．SMOKE的测量灵敏度极高。国际 上现在通用的SMOKE测量装置其探测灵 敏度可以达到亚单原子层的磁性。这一 点使得SMOKE在磁性超薄膜的研究中有 着重要的地位。 2 ．SMOKE测量是一种无损伤测量。 由于探测用的“探针”是激光束，因此不会 对样品造成任何破坏，对于需要做多种 测量的实验样品来说，这一点非常有利。 1. 历史背景 3．SMOKE测量到的信息来源于介质上的 光斑照射的区域。由于激光光束的束斑可用聚 焦到1mm以下，这意味着SMOKE可以进行局 域磁性的测量。这一点是其他磁性测量手段诸 如振动样品磁强计和铁磁共振所无法比拟的。 在磁性超薄膜的研究中，样品的制备是一 个周期较长而代价昂贵的过程。有人已经实现 在同一块样品上按生长时间不同而制备出厚度 不等的锲形磁性薄膜。这样从一块样品上就能 够得到磁学性质随薄膜厚度变化的信息，可以 大大提高实验效率。无疑，SMOKE的这种局 域测量的特点使它成为研究这类不均匀样品的 最好工具。 1. 历史背景 4 ．相对于其他的磁性测量手段， SMOKE系统的结构比较简单，易于和 别的实验设备（特别是超高真空系统） 相互兼容。 这一点有助于提高它的功能并扩展 其研究领域。我们试制的表面磁光克尔 效应实验系统可以和超高真空系统相 连，所以既可以完成磁性薄膜在大气中 的SMOKE测量，也可以完成在超高真 空中的SMOKE测量实验。 1. 历史背景 由于SMOKE能够达到单原子层磁性检测的 灵敏度，即相当于能够测量到小于千分之一度 的克尔旋转角。因此，对于光源和检测手段提 出了很高的要求。目前国际