fd-smoke-a型 表面磁光克尔效应实验系统实验讲义

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1、实验指导参考TEACHER'SGUIDEFD-SMOKE-A表面磁光克尔效应实验系统中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司ShanghaiFudanTianxinScientific_EducationInstrumentsCo.,Ltd.-20-FD-SMOKE-A型表面磁光克尔效应实验系统一、简介1845年，MichaelFaraday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，因而实验結果不能使人信服。1877年JohnKerr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

2、克尔效应(magneto-opticKerreffect)。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(surfacemagneto-opticKerreffect)的缩写，用以表示应用磁光克尔效应在表面磁学上的研究。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

3、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。和其他的磁性测量手段相比较，SMOKE具有以下四个优点：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。3．SMOKE测量到的信息来源于介质上的光斑照射的区域。-20-由于激光光束的束斑可用聚焦到1mm

4、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。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

5、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。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。目前国际上比较常见的是用功率输出很稳定的偏振激光器。Bader等人采用的高稳定度偏振激光器，其稳定度小于0.1％。也有用Wollaston棱镜分光的方法，降低对激光功率稳定度的要求。Chappert等人的方案是将从样品出射的光经过Wollaston棱镜分为s和p偏振光，再通过测量它们的比值来消除光强不稳定所造成的影响。但是这种方法的背景信

6、号非常大，对探测器以及后级放大器的要求很高。由复旦大学表面物理国家重点实验室研制的SMOKE系统，可以达到国际上普遍使用的方案所能达到的检测灵敏度。另外，该系统可以配置于超高真空系统中，所以不仅可以完成大气表面磁光克尔效应实验，也可以完成超高真空中的超薄膜磁性测量。经过改进和工艺化，表面磁光克尔效应实验系统由上海复旦天欣科教仪器有限公司生产。该系统操作方便、实验数据稳定可靠，是科研单位和高校近代物理实验室进行磁性-20-薄膜特性检测、磁学特性研究的优质仪器。二、原理磁光效应有两种：法拉第效应和克尔效应，1845年，MichaelFaraday首先发现介质的磁化状态会影响透射光的偏振状

7、态，这就是法拉第效应。1877年，JohnKerr发现铁磁体对反射光的偏振状态也会产生影响，这就是克尔效应。克尔效应在表面磁学中的应用，即为表面磁光克尔效应（surfacemagneto-opticKerreffect）。它是指铁磁性样品（如铁、钴、镍及其合金）的磁化状态对于从其表面反射的光的偏振状态的影响。当入射光为线偏振光时，样品的磁性会引起反射光偏振面的旋转和椭偏率的变化。表面磁光克尔效应作为一种探测薄膜磁性的技术始于1985年。图1表面磁光克尔效应