磁光克尔谱写磁学新篇章

一、引言

随着科学技术的发展，对于材料的表征和研究要求越来越高，而磁光克尔系统可以提供非常精确的磁性数据和图像，在配合光学、磁学、电学等学科的基础上，实现多种原位测试能力。因此在材料科学、物理、化学等领域都有很大的应用潜力。

本期就让TuoTuo科普带大家初步了解什么是磁光克尔吧。

二、磁光克尔效应

磁光克尔效应（Magneto-optical Kerr effect）是指当一束线偏振光入射到铁磁性样品表面时，经样品表面反射的光其偏振面相对于线偏振光的偏振面旋转了一个很小的角度，这个旋转的角度被称为克尔旋转角。

图1  偏振光入射到不同磁化方向样品表面发生不同程度和方向的偏转

三、克尔效应的分类

按照磁场相对于入射面的配置状态不同，可将磁光克尔效应分为三种类型：

图2  磁光克尔效应

a:极向克尔效应

磁化方向垂直于样品表面并且平行于入射面。通常情况下，极向克尔信号的强度随光的入射角的减小而增大，在入射角为零时（垂直入射）达到Z大。

b:纵向克尔效应

磁化方向在样品膜面内，并且平行于入射面。纵向克尔信号的强度一般随光的入射角的减小而减小。通常情况下，纵向克尔信号中比极向克尔信号小一个数量级,纵向克尔效应的探测远比极向克尔效应困难。但对于很多薄膜样品来说，易磁轴往往平行于样品表面，因而只有在纵向克尔效应配置下，样品的磁化强度才容易达到饱和。因此，纵向克尔效应对于薄膜样品的磁性研究来说是十分重要的。

c:横向克尔效应

磁化方向在样品膜面内，并且垂直于入射面。横向克尔效应中，只有在偏振光偏振方向平行于入射面入射条件下，偏振光才有一个很小的反射率的变化。

在显微成像的磁光克尔中，一般极向克尔信号Z强，纵向克尔信号次之，横向克尔信号最弱。

四、       磁性薄膜材料的研究应用

磁光克尔效应对研究磁性超薄膜材料表面磁学性质有重要应用。通过测量铁磁性样品的磁光克尔效应可得到磁性样品的磁滞回线，可以对样品的磁学性质进行分析，也可通过反射光成像观察非透明磁性介质的磁畴结构及其动态变化。

1、磁滞

图3  磁滞回线与磁畴检测图

图4  磁滞现象和磁滞回线示意图（来源于网络）

所谓磁滞现象是指铁磁质磁化状态的变化总是落后于外加磁场的变化，在外磁场撤消后，铁磁质仍能保持原有的部分磁性。

磁性材料按照矫顽力大小分为3类：软磁材料、硬磁材料、矩磁材料

图5  磁滞回线分类

2、       磁畴

图6  磁畴（拍摄于托托科技的磁光克尔设备）

所谓磁畴，是指铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能而产生分化的方向各异的小型磁化区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

五、托托科技磁光克尔综合测试平台测试案列

图7 托托科技磁光克尔综合测试平台测试案列

图8 某公司磁光克尔显微镜磁畴成像（磁性纤维样品）

图9 托托科技磁光克尔显微镜磁畴成像（磁性纤维样品）

六、托托科技磁光克尔显微镜综合测试设备

托托磁光克尔显微镜综合测试设备，显微磁畴空间分辨率优于0.5微米，磁光克尔角分辨率优于0.1毫度，支持极向克尔、纵向克尔、横向克尔三种磁光克尔效应测量方式。在追踪平面内数百万点的磁畴动态信息的同时，可搭配探针台实现电学、磁学、光学同步观测，广泛应用于磁学和自旋电子学领域中磁光克尔效应，磁滞回线，磁畴翻转或扩展动态等观测。

托托科技提供的标准系统按照性能优先，稳定性优先的设计思路，可以满足实验室研究及工业生产中各种相关材料的测试需求。标准设备中提供了磁场激励、电流激励等多种选项，是客户在自旋特性研究中的得力测试平台。

图10  托托科技磁光克尔显微镜综合测试设备