高分辨率磁光克爾顯微鏡

當(dāng)一束線偏振光照被磁性介質(zhì)反射后，反射光的偏振面相對于入射光的偏振面有一個(gè)小的角度偏轉(zhuǎn)（克爾旋轉(zhuǎn)角），這一現(xiàn)象被稱為磁光克爾效應(yīng)。該效應(yīng)與顯微成像技術(shù)結(jié)合組成磁光克爾顯微鏡，被廣泛應(yīng)用于磁性材料磁性測量，磁疇觀察等。 高分辨率磁光克爾顯微鏡可進(jìn)行無損探測、靈敏度高、在不好的環(huán)境下原位測量等優(yōu)點(diǎn)是被越來越多的科研人員采用。

為滿足日益增長的市場需求昊量光電推出了高性價(jià)比的磁光克爾顯微鏡。其主要原理是：一束面光源經(jīng)過起偏器，轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，照射到樣品上，由于樣品內(nèi)磁疇的存在使樣品各個(gè)區(qū)域內(nèi)磁化強(qiáng)度和方向不同，因此不同區(qū)域?qū)€偏振光，偏振面的改變各不相同。因此當(dāng)反射光通過檢偏器后光斑的強(qiáng)度分布不同，從而得到樣品的磁疇結(jié)構(gòu)。

為了獲得更高的靈敏度，優(yōu)異的磁疇成像效果等該系統(tǒng)做了以下優(yōu)化。

1）采用高亮度窄帶LED光源。

盡管理論上磁光克爾效應(yīng)的對比度可以無限高，但是多個(gè)波長偏振像差的組合通常會大大降低偏振的純度。因此傳統(tǒng)的克爾顯微鏡經(jīng)常報(bào)道磁光克爾對比度幾乎觀察不到。一個(gè)主要的原因就是因?yàn)槭褂脤捵V的照明光源。因?yàn)榇殴庑?yīng)引起的克爾旋轉(zhuǎn)量與光源波長數(shù)量成反比，寬譜光源會產(chǎn)生相同寬譜的線偏振，也就是說，光偏振不是好的線性，觀察到的磁對比度也會降低。

因此為了克服由于光源帶來的相差，我們經(jīng)過多組測試，選取了FWHM為50nm的超亮LED光源，可獲得很強(qiáng)的對比度，并且擁有較高的使用壽命。

2）圖像自動校正功能

通常為了獲得較弱磁性材料的對比度，市面上磁疇觀察設(shè)備通常會采用圖像差分處理來獲得較高對比度，即使用拍攝到的圖像減去背底圖片。該方法通?？梢詫⑿盘栐鰪?qiáng)10倍以上。但是由于在施加磁場的過程中樣品的位置會發(fā)生偏移，會大大影響差分處理效果，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤。為了消除樣品的移動，設(shè)備會通過快速像素相位算法確定樣品漂移，然后通過壓電促動器實(shí)時(shí)校正位置。同時(shí)該幀位移的圖像在軟件中也會實(shí)時(shí)修正，校正后的圖像位移量不大于0.2個(gè)像素（8nm）

3）特殊設(shè)計(jì)的電磁鐵

通常磁疇觀察顯微鏡中的電磁鐵設(shè)計(jì)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的話題，必須要有一些取舍。為了獲得較高的分辨率，因此要使用大倍率的物鏡，放置在靠近樣品的位置。這對電磁鐵強(qiáng)加以一個(gè)空間限制，并限制了生產(chǎn)磁場的強(qiáng)度。其次，磁鐵產(chǎn)生的磁通量會通過物鏡，引起法拉第效應(yīng)，從而降低成像對比度。

我們通過革新的磁通量閉合式設(shè)計(jì)從而巧妙的解決了這兩個(gè)問題。通過對電磁鐵的磁場測量，我們可以發(fā)現(xiàn)，磁鐵的磁場提高了4倍，但是通過物鏡的磁場強(qiáng)度卻降低了8倍。產(chǎn)生磁場的均勻性在4mm范圍內(nèi)也達(dá)到了0.5%的水平。

4）高靈敏度，高分辨率成像相機(jī)

對于磁光克爾顯微鏡，樣品反射的光通過檢偏器，僅僅只有百分之一的入射光達(dá)到相機(jī)傳感器。因此對于磁疇成像系統(tǒng)，相機(jī)的靈敏度就體現(xiàn)的尤為重要。因此為了達(dá)到成像效果，我們選取了再該波段下量子效率高達(dá)78%，并且具有20兆像素的背照式相機(jī)。從而獲得高分辨率，高信噪比的圖像。

此外該設(shè)備不但可以獲得樣品磁疇圖片，還可以根據(jù)樣品磁疇圖像同時(shí)獲得樣品的磁滯回線分析。

高分辨率磁光克爾顯微鏡產(chǎn)品參數(shù)：

實(shí)例：

1)1nm CoFeB磁性薄膜

2）4種灰度：垂直磁化磁隧道結(jié)多級磁疇（4 shades of grey: Multilevel stripe domains on a perpendicularly magnetized magnetic tunnel junction stack）

3）[Pt/Co/Fe/Ir]x2 堆棧手性磁疇（Chiral stripes (and skyrmions)on a [Pt/Co/Fe/Ir]x2 stack）

     4）Heusler 合金薄膜中的垂直磁化的磁疇反轉(zhuǎn)（Domain reversal in a perpendicularly magnetized Heusler alloy thin film）

      5）同時(shí)施加磁場和電流

   6）電流誘導(dǎo)的磁疇遠(yuǎn)動的準(zhǔn)實(shí)時(shí)觀測

7）CoFeB多層材料退磁過程的實(shí)時(shí)觀測