基于磁光克尔效应的磁畴观测与处理系统
基于LabVIEW的大磁场磁光克尔效应测量系统
基于LabVIEW的大磁场磁光克尔效应测量系统栗银伟;叶军;项俊森;徐平;陈子瑜【摘要】在大磁场下实现对高磁各向异性材料的局城磁性测量具有重要的意义.本文借助LakeShore7404振动样品磁强计(VSM)的部分组件搭建了一套大磁场磁光克尔效应测量系统.通过调用VSM的电源和磁铁部分可获得最高范围达到0～±1.5T的磁场,实现了对大矫顽力的磁性薄膜样品的面内局域磁性测量,为高磁各向异性材料局域磁性测量提供了一种可行的方法.系统由硬件与软件两部分组成.硬件主要包括磁铁、光路及数据采集仪器仪表等部件,软件则由图形化编辑语言LabVIEW编程实现.【期刊名称】《信息记录材料》【年(卷),期】2016(017)006【总页数】4页(P23-26)【关键词】磁光克尔效应磁性薄膜;磁滞回线;LabVIEW【作者】栗银伟;叶军;项俊森;徐平;陈子瑜【作者单位】北京航空航天大学物理系微纳测控与低维物理教育部重点实验室北京 100191;北京航空航天大学物理系微纳测控与低维物理教育部重点实验室北京100191;北京航空航天大学物理系微纳测控与低维物理教育部重点实验室北京100191;北京航空航天大学物理系微纳测控与低维物理教育部重点实验室北京100191;北京航空航天大学物理系微纳测控与低维物理教育部重点实验室北京100191【正文语种】中文【中图分类】TQ571877年，John Kerr首次观测到偏振光从抛光的铁磁材料磁极表面反射后其偏振面会发生偏转的现象[1],后称此为磁光克尔效应(Magneto-Optic Kerr Effect，MOKE)。
1985年，Mood和Bader利用MOKE对铁磁性超薄膜进行测量，并成功测得一个原子层厚度材料的磁滞回线。
从此，基于MOKE的测量技术由于其灵敏度高，对样品无损害等优点，被广泛应用于磁性材料的磁有序、磁化翻转、磁各向异性等问题的研究中[2-5]。
而对于高磁各向异性的材料，由于具有较高的矫顽力，往往会受限于外加磁场的大小，无法进行MOKE测量，使这类材料的局域磁性研究受到影响。
磁光克尔效应
教学目的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，因而实验結果不能使人信服。
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)。
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。
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。
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。
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。
基于LabVIEW的大磁场磁光克尔效应测量系统
Ａ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ — ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ Ｋ ｅ ｒ ｒ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌ ａ ｂ ⅥＥ Ｗ ｉ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ
ｍａ ｇ ｎ ｅ ｒ ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ￣ １ ． ５ Ｔ ｂ ｙ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｌ ａ ｋ ｅ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ ７ ４ ０ ４ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ ｇ
ｐ ａ ｈ ｔ ａ ｎｄ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｗｈｉ ｌ ｅ ｔ ｈｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｉ ｓ ｍ Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ ｐ ｒ ｏｇ ｒ ａ ｍｍｉ ｎｇ ．
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磁光克尔效应及其测量
磁光克尔效应及其测量磁光克尔效应是一种物理现象，它可以使光通过磁场发生变化，从而有助于研究光的特性。
磁光克尔效应的发现起源于二十世纪初，当时，埃尔森弗朗西斯阿伯特克尔（Ernst Franz Abbe）发现当在放射光照射磁场时，克尔指数发生变化，这种现象被称作磁光克尔效应。
磁光克尔效应可以被用来研究和测量光的特性，它主要会影响光的双折射，衍射和色散。
克尔效应有多种类型，其中重要的一种是非线性克尔效应，即通过磁场改变光的双折射。
磁光克尔效应也可以用来测量激光的分布、光的偏振状态和其他特性。
磁光克尔效应的测量主要使用磁光克尔效应测量仪，它可以测量光的显微结构和发送的量子数。
它们可以用来测量光的偏振状态、衍射图像、光的色散等，以及纳米结构的形状和光源。
测量仪也可以用来研究激光脉冲的信号。
在实验室中，磁光克尔效应测量仪可以用来研究光的特性，并发现新的效应。
磁光克尔效应测量仪是一个可以用来探索物理现象的重要工具。
它们可以用来探究激光脉冲的行为、激光腔的性质，以及光的色散和偏振性质。
另外，磁光克尔效应测量仪还可以用来研究复合材料的结构，以及支持纳米尺度结构的力学特性。
在研究光的性质时，磁光克尔效应的测量是一项重要的任务，它可以为研究者提供重要的信息和见解，帮助他们更好地理解光的特性。
磁光克尔效应测量仪也被用于科学和工程领域，为科研和应用提供了重要的研究数据和技术支持。
总之，磁光克尔效应是一种非常重要的物理现象，它可以用来研究光的物理性质和量子特性。
磁光克尔效应测量仪可以用来测量和研究光的衍射图像、偏振状态和其他特性，也可以用于研究复合材料和纳米结构的形状和光源。
另外，研究者还可以使用磁光克尔效应测量仪来探索激光脉冲的信号。
磁畴观测方法现状与展望
综述·动态·评论磁畴观测方法现状与展望许启明1，张振彬1，杨永明1,2（1. 西安建筑科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710055；2. 西安建筑科技大学理学院物理系，陕西西安 710055）摘 要：磁性材料的宏观磁性能主要是由磁畴结构及其运动变化方式所决定，因此磁畴图像的观测是一个很重要的研究课题。
目前，磁畴观测的方法已有很多种，如粉纹法、磁光效应法、电子全息法等。
本文主要介绍了各种磁畴观测方法的特点及发展状况，与铁磁学、电子信息、磁性材料及器件等学科的关系，指出磁畴观测方法的发展趋势，磁畴实验技术和装置的发展与完善将为磁畴动力学研究提供基础。
关键词：磁畴观测方法；磁畴动力学；粉纹图法；克尔磁光效应；磁力显微镜中图分类号：O482.5 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2010)04-0001-04Status and Prospects on the Magnetic Domain Observation MethodsXU Qi-ming1, ZHANG Zhen-bin1, YANG Yong-ming1,21. School of Material Science & Engineering, Xi'an University ofArchitecture and Technology, Xi'an 710055, China;2. Physics Department, School of Science, Xi'an University of Architectureand Technology, Xi'an 710055, ChinaAbstract: Macro-magnetic properties of magnetic materials were strongly dependent on their magnetic domain structure and its movement, so the observation of magnetic domain images is a very important research topic. At present, there is a variety of ways for the magnetic domain observation, such as powder pattern method, magneto-optical effect method, e-holographic method and others. This paper describes features and development of these observation methods of magnetic domain, and the relation to the research of ferromagnetism, electronic information, magnetic materials and devices. The development and improvement of magnetic domain observation techniques can provide necessary conditions for the research of dynamics of magnetic domain.Key words: magnetic domain observation; dynamics of magnetic domain; powder pattern method;magneto-optical effect method; magnetic force microscope1 引言磁性材料的宏观性能决定于材料磁畴结构和变化方式，对磁畴结构和变化方式的观测是铁磁学、信息科学和磁性材料与器件等学科领域的基础性研究之一。
磁光克尔效应测量系统JMTS-816
磁光克尔效应测量系统JMTS-816磁光克尔效应测量系统产品概述：磁光克尔效应测量系统磁光克尔效应装置是一种基于磁光效应原理设计的超高灵敏度磁强计，是研究磁性薄膜、磁性微结构的理想测量工具。
旋转磁光克尔效应（RotMOKE）是在磁光克尔效应测量基础上的一种类似于转矩测量各向异性的实验方法，可以定量的得到样品的磁各向异性的值。
但由于电磁铁磁场大小的限制，只适合于测量磁各向异性的易轴在膜面内而且矫顽场不太大的磁性薄膜材料。
结合源表可以进行样品的磁输运性能测量。
RotMOKE具有以下特点：测量精度高、测量时间短；非接触式测量，是一种无损测量；测量范围为一个点，可以测量同一样品不同部位的磁化情况；可以产生平滑、稳定的受控磁场，并且磁场平滑过零。
应用领域：磁光克尔效应测量系统广泛应用于诸如磁性纳米技术、自旋电子学、磁性薄膜、磁性随机存储器、GMR/TMR等磁学领域。
可测试材料：记录磁头，磁性薄膜，特殊磁介质，磁场传感器产品特点：1·测量灵敏度高，稳定性好，噪音低2·非接触式测量，是一种无损测量3·可以测量同一样品厚度不等的楔形磁性薄膜4·可以将样品放到真空中原位测量5·可以测量同一样品不同部位的磁化情况6·纵向、横向和极向克尔效应测试7·三百六十度电动旋转样品，可测试样品各向异性8·手动左右和上下位移样品，可测试样品表面不同点的克尔效应9·样品座有电接口，可加入磁电耦合测试。
技术指标:1·样品尺寸：大Φ10mm的圆2·克尔角分辨率（δ）：0.001度；3·椭偏率分辨率（ε）：0.1%；4·小光斑（Φ）：10微米；5·大磁场：单维0.26特斯拉；6·样品电动角度步进0.1度，手动位移步进10微米；7·噪音：1%。
技术参数：1·光学平台：刚性隔震，不锈钢贴面，1200*800*800mm，M6螺孔，25mm阵距，150mm台板厚度，带脚轮。
磁光克尔效应及其测量
收稿日期:2005-06-301作者简介:马廷钧(1947-),男,北京工商大学教授,研究方向:大学物理和磁光物理.磁光克尔效应及其测量马廷钧1,安 玲2,陈未杰3(1.北京工商大学基础部,北京100037;2.昌吉学院物理系,新疆昌吉831100;3.北京工商大学计算机学院,北京100037)摘 要:介绍了在磁光盘上进行热磁写入信息的原理、磁光克尔效应以及通过该效应读出信息的原理.对近期开发的磁光盘介质材料的性能进行了评论.重点介绍了磁光克尔转角的测量方法,分析了影响材料磁光克尔转角大小的因素.关键词:磁光效应;克尔转角;测量中图分类号:O484.4 文献标识码:A 文章编号:1672-0946(2005)06-0787-02Magneto 2optical K err effect and its measurementMA T ing 2jun 1,AN Ling 2,CHE N Wei 2jie 3(1.Basic C ourses Department ,Beijing University of T echnology and Business ,Beijing 100037,China ;2.Physics Department ,Chang Ji C ollege ,Changji 831100,China ;3.School of C om puter ,Beijing University of T echnology and Business ,Beijing 100037,China )Abstract :In this paper ,the principles of therm o 2magneto writing ,the K err magneto 2optical ef 2fect and how to read the information by this effect are introduced.The characteristics of s ome re 2cently developed media materials for the magneto 2optical disk are commented.The measurement setup of the K err magneto 2optical rotations is illustrated.The factors which affect the K err magne 2to -optical rotation of s ome magneto -optical media are analyzed.K ey w ords :magneto 2optical effect ;K err rotation ;measurement 近几年,许多人注意到市场上出现了一种全新的光盘,它既具有光盘的巨大容量及信息存储密度,还同时能像普通磁盘那样可擦重写,因此受到普遍的关注.它叫做磁光盘(MOD ).磁光盘表面的信息存储材料被称为磁光介质.评价磁光介质性能的重要指标是它的磁光克尔转角,它直接反映磁光介质的信息读出性能.磁光介质写入信息的方法是在激光照射下同时处在磁场当中的热磁写入.具体过程是:将磁光介质以薄膜形式附着在磁光盘表面上,将激光聚焦后逐点照射在材料的表面,使得该材料局部受热而发生矫顽力降低,这时利用外加磁场对该材料进行磁化.由于磁光介质都具有垂直表面各向异性,在介质上的点受热而同时被磁化时,磁化方向可有两种情况:垂直表面向上和垂直表面向下(可称为正向磁化和反向磁化),通常将这两种磁化情况分别代表信息的“0”和“1”.当激光光点移开刚才被磁化的点时,那里的温度迅速降低,磁畴的磁化方向即固定下来.因此,逐点磁化的过程也就是信息写入的过程.磁光盘上信息读出的原理是利用磁光克尔效应.本文将介绍磁光克尔效应以及磁光克尔转角的测量方法,并围绕影响磁光克尔转角的有关因素进行一些讨论和分析.1 磁光克尔效应当一束单色线偏振光照射在磁光介质薄膜表第21卷第6期2005年12月 哈尔滨商业大学学报(自然科学版)Journal of H arbin U niversity of Commerce (N atural Sciences Edition)V ol.21N o.6Dec.2005面时,部分光线将发生透射,透射光线的偏振面与入射光的偏振面相比有一转角,这个转角被叫做磁光法拉第转角(θF ).而反射光线的偏振面与入射光的偏振面相比也有一转角,这个转角被叫做磁光克尔转角(θk ),这种效应叫做磁光克尔效应.磁光克尔效应包括三种情况:1)纵向克尔效应,即磁化强度既平行于介质表面又平行于光线的入射面时的克尔效应;2)极向克尔效应,即磁化强度与介质表面垂直时发生的克尔效应;3)横向克尔效应,即磁化强度与介质表面平行时发生的克尔效应(如图1所示).图1 3种磁光克尔效应对于已经写入了信息的磁光介质,要读出所写的信息则需要利用磁光克尔效应来进行[1].具体方法是:将一束单色偏振光聚焦后照射在介质表面上的某点,通过检测该点处磁畴的磁化方向来辨别信息的“0”或“1”.例如,被照射的点为正向磁化,则在该点的反射光磁光克尔转角应为+θk ,见图2,相反被照射的点为反向磁化,则在该点的反射光磁光克尔转角应为-θk .因此,如果偏振分析器的轴向恰好调整为与垂直于记录介质的平面成θk 夹角,那么在介质上反向磁化点的反射光线将不能通过偏振分析器,而在介质的正向磁化处,反射光则可以通过偏振分析器.这表明反射光的偏振面旋转了2θk 的角度.这样,如果我们在经过磁光介质表面反射的光线后方,在通过偏振分析器后的光路上安放一光电检测装置(例如光电倍增管),就可以很方便地辨认出反射点是正向磁化还是反向磁化,也就是完成了“0”和“1”的辨认.可见,磁光克尔转角在磁光信息读出时扮演着十分重要的角色.如果把磁光介质附着在可旋转的圆盘表面,就构成了磁光盘.磁光盘旋转时,如果同时有单色偏振光聚焦在磁光盘表面,就可实现光线的逐点扫描,即信息被连续读出.2 磁光克尔转角的测量方法2.1 磁光克尔转角的测量装置在实际测量时,通常采用He -Ne 激光做为光源,波长λ=63218nm.磁光介质样品安放在电磁铁建立的磁场之中,磁场的磁感应强度为4000G s左右.在此条件下,通过偏振分析器可顺利地分析出磁光克尔转角θk 的大小,见图3.由于测量时光信号十分微弱,采用锁相放大器可大大提高测量的精确度[2].图2 线偏振光经磁光介质薄膜反射时偏振面发生旋转图3 磁光克尔转角的测量装置2.2 磁光介质材料及其θk 的大小随着磁光信息存储技术的发展,目前已经开发出多种磁光介质材料[3].在这些材料中比较优秀的有:非晶态稀土—过渡金属合金材料(例如TbFe 2C o )、非晶态锰铋铝硅(MnBiAlSi )合金材料和非晶态锰铋稀土(MnBiRE )合金材料等.这些材料通常是采用真空蒸镀、磁控溅射等方法将合金材料沉积于玻璃基底上,磁光薄膜的厚度一般在几百纳米左右.为了提高材料的磁光性能,采取多层膜技术十分有效.磁光克尔转角一般并不大,以铽铁钴(TbFeC o )合金薄膜材料为例,在室温下其磁光克尔转角仅为0.3°左右.MnBiAlSi 的磁光克尔转角可达(下转793页)・887・哈尔滨商业大学学报(自然科学版) 第21卷θ,ε))∩(1-v+ε(n)v)3<A;※※另由文献[1]定义3知K v为θv关于模糊拓扑T(Ω)的重域基,故ϖU N′∩(1-v+ε(n)v)3∈K v,从而(x+U N′)∩(1-v+ε(n)v)3为x v关于T(Ω)的重域,因此由※※式知A∈T(Ω);若A∈T(Ω),则对x v∈A,知A为x v关于T (Ω)的重域,从而ϖU N∩((1-v+ε(n)v)3∈K v使得(x+U N)∩(1-v+ε(n)v)3<A;于N∈Ω,由上述4)的证明知,有G∈T且使θ1∈G<U N;从而据文献[1]命题2知x1∈x+G∈T,故有x v关于T的重域(x+G)∩(1-v+ε(n)v)3使得(x+G)∩(1-v+ε(n)v)3<(x+U N)∩(1-v+ε(n)v)3<A;因而A∈T.于是T=T(Ω).定理2得证.从而得到“每个(QU)型模糊拓扑环均可借助于环上一个模糊复合伪范数刻画的特征.参考文献:[1] 尚 琥,毕淑娟.(QU)型Fuzzy拓扑环[J].哈尔滨学院学报,2001,22(5):1-11.[2] 尚 琥,毕淑娟.关于模糊拓扑环的模糊度量化[J].数学的实践与认识,2003,33(2):101-109.[3] 尚 琥.模糊拓扑环的模糊一致化[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版,2004,20(5):573-575.[4] 尚 琥.关于(QU)型模糊拓扑群的注记[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版,2005,21(2):227-229.[5] 方锦暄.关于Fuzzy拓扑群[J].科学通报,1984,29:651-653.[6] 尚 琥,毕淑娟.Fuzzy拓扑整环[J].哈尔滨学院学报,2002,23(5):1-4.(上接788页)2.04°.如果仅考虑磁光克尔转角的大小,采用简单工艺制备的MnBi合金薄膜的磁光克尔转角达到1.6°左右并不困难.当然,在实际制造磁光盘时,除了考虑磁光克尔转角这一性能外,还需要综合考虑其他性能.目前市场上做成磁光盘产品的磁光介质以铽铁钴(TbFeC o)合金薄膜材料为主.2.3 影响磁光克尔转角的因素磁光介质的θk受多种因素的影响.首先是温度,通常情况下,随着温度的升高θk将减小;其次,θk与成分的配比有很大的关系,例如,同样是Mn2 BiRE薄膜,在制备时,RE(稀土)元素含量增加将可能使θk减小[4];再次,与入射光的波长有密切的关系.如果在测量时采用单色仪,就可以根据需要对磁光材料样品入射不同波长的单色光,从而测得θk与波长的关系曲线,这一曲线被称为磁光谱.在入射光的波长达到某一数值时,θk有一峰值.例如对MnBiRE薄膜材料而言,θk的峰值出现在波长700nm附近;第四,与制备的工艺有直接关系,比如退火的程序、时间、环境等都能对θk产生一定的影响.近些年,人们倾向于采用波长更短的光(例如蓝色激光)作为光源来进行磁光信息存储,原因是波长短的光其光子具有更高的能量.3 结 语磁光信息存储是近年发展起来的新技术,是对传统信息存储技术的革新.开发更多、性能更加优越,而且实用的磁光介质材料是当前信息存储领域的一项重要的任务.测量磁光介质的克尔转角则是研究这些材料的基本手段和方法.对于非开发人员来讲,测量磁光克尔转角的实验一方面能够提高进行物理综合实验的能力,另一方面对信息存储的新技术将有更加深刻的理解,能启发他们利用物理原理在信息存储技术等领域提出新的设想,做出新的贡献.参考文献:[1] HE NRY T M.E llips ometric measurement of the K err magnetoopticeffect[J].Applied Optics,1979,18(8):813-817.[2] 马廷钧.磁光效应与磁光存储[J].大学物理,1997,16(3):44-46.[3] PETER H,HERINRICH H.M edia for erasable magnetooptic record2ing[J].IEEE T ransaction on magnetics,1989,25(6):4390-4404.[4] M A T ingjun,ZHANG Sheng,FANG Ruiyi.The in fluence of tem pera2ture on the coercivity and K err rotation for MnBiRE thin films[J].J.M agn.S oc.Japan,1999,23(1-2):367-369.・397・第6期 苑成军:关于(QU)型模糊拓扑环的一个特征。
磁光克尔效应数据处理
五、数据记录与数据处理
1、正磁光克尔效应
（1）数据记录：
（2）数据分析：
检偏片与消光位置偏离一小角度时，由上图的左图可得，当加上磁场时，光强增大，所以是正磁光克尔效应。
光强增大到一个恒定值，撤去磁场后，光强仍然不变，由于在一阶近似下光强的变化和磁化强度呈线性关系，可判断这时样品被磁化；直到加一个同样大小的反向磁场后，光强减小为初始大小，这时样品被消磁。
根据在一阶近似下光强的变化和磁化强度呈线性关系，电脑根据测得的光强大小得出样品磁化强度，自动绘出了样品的磁滞回线如右图。
2、负磁光克尔效应
（1）数据记录：
（2）数据分析：
检偏片与消光位置偏离的偏离角度与正磁光克尔效应实验相反时，由上图的左图可得，当加上磁场时，光强减小，所以是负磁光克尔效应。
光强减小到一个恒定值，撤去磁场后，光强仍然不变，这时样品被磁化；直到加一个同样大小的反向磁场后，光强增大小为初始大小，这时样品被消磁。
根据在一阶近似下光强的变化和磁化强度呈线性关系，电脑根据测得的光强大小得出样品磁化强度，自动绘出了样品的磁滞回线如右图。
这时电脑所绘的磁滞回线与正磁光克尔效应不同，因为这时的光强是先减小后增大，而正磁光克尔效应时是先增大后减小。
不过无论是正磁光克尔效应还是负磁光克尔效应，样品的实际磁滞回线应当是相同的，因为两种情况下所加的外磁场是完全相同的。
磁光克尔效应及其测量
磁光克尔效应及其测量磁光克尔效应是莱布尼兹效应的一种特殊情况，早在1820年英国物理学家威廉莱布尼兹就发现，当一个物体被放置在一种外力的作用下时，比例系数会发生变化。
经过时间的演变，现代物理学家们发现，磁光克尔效应可以在各种材料中发生，特别是金属、半导体和特殊的磁性材料。
磁光克尔效应的学习和研究，有助于我们了解磁场和电场之间的关系以及它们是如何相互影响的。
磁光克尔效应可以用来测量电磁波和磁场强度，这样就可以研究物体本身的特性。
磁光克尔效应的测量是通过在一个环境中放置一个电磁偶合物来进行的，该物体的变化可以用特定的传感器来观测和测量。
在进行测量之前，必须确保测量仪器的准确性和精确度。
磁光克尔效应的测量采用了多种不同的技术，其中包括DECODER 法、半导体磁光克尔测量法和集成磁光克尔测量法。
DECODER法是最初用于研究磁光克尔效应的技术，它可以对外部电磁场进行测量和监测。
半导体磁光克尔测量方法是通过发射激光来测量磁光克尔效应，并且可以检测出磁场的变化。
集成磁光克尔测量法可以同时测量电磁偶合的磁场和电场的强度，并且可以快速检测出磁场的变化，精确测量出磁场的大小。
磁光克尔效应的测量对物理学、电子学和医学等领域都有着重要的作用，其中最为重要的当属磁光克尔测量技术。
磁光克尔测量技术有助于更好地控制和研究电磁场。
它也可以用来测量电子电路中的小型磁场和电场，并可以检测出电子电路中电磁场的变化。
此外，磁光克尔测量技术还可以应用于非接触式检测中，可以用来检测物体上的小型磁场变化，预测这些物体之间的相互作用。
在磁光克尔测量技术进行研究之前，必须有正确的实验设计和正确的仪器，以确保实验的准确性和可靠性。
同时，实验设计必须符合实验的物理学原理，以确保实验的结果尽可能准确。
磁光克尔效应和其测量是物理学领域一个重要的研究领域，就如同莱布尼兹效应一样。
磁光克尔效应的测量可以用来测量电磁波和磁场强度，从而可以开发更精确的传感器和测量仪器，以及更好的电子电路。
磁光克尔效应研究
磁光克尔效应研究摘要当光电子技术日益在新兴高科技领域获得广泛应用的同时，以磁光效应原理为背景的磁光器件显示了其独特的性能和广阔的应用前景，引起了人们的浓厚兴趣。
表面磁光克尔效应，作为测量材料磁光特性特别是薄膜材料的物性的一种有效方法，已被广泛应用于磁有序、磁各向异性、多层膜中的层间耦合以及磁性超薄膜的相变行为等问题的研究。
本文简单介绍了什么是磁光克尔效应、磁光克尔效应的发展、以及表面磁光克尔效应作为一种测量方法的原理、实验装置和发展。
关键词磁光克尔效应磁光特性表面磁光克尔效应一、引言1845年，Michael Faraday发现当给玻璃样品加一磁场时，透射光的偏振面将发生旋转，首次发现磁光效应。
随后他在处于外加磁场中的金属表面做反射实验，但由于他所谓的表面不够平整，因而实验结果不能使人信服。
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。
1985年Moog和Bade r两位学者对铁超薄膜磊晶成长在金单晶(100)面上的磁光克尔效应做了大量实验，成功得到一原子层厚度磁性物质的磁滞回线，并提出SMOKE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。
由于此方法磁性测量灵敏度达一原子层厚度，且此装置可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。
二、光学中的磁光克尔效应当一束单色线偏振光照射在磁光介质薄膜表面时，透射光线的偏振面与入射θ)[]2。
反射光线的光的偏振面相比有一转角，这个转角被称作磁光法拉第转角(F偏振面与入射光线的偏振面相比也有一转角，这个转角被叫做磁光克尔转角θ)，这种效应叫做磁光克尔效应。
(K磁光克尔效应包括三种情况[]3：(1)纵向磁光克尔效应，即磁化强度方向即平行于介质表面又平行于光线的入射面时的磁光克尔效应；(2)极向磁光克尔效应，即磁化强度方向与介质表面垂直时发生的磁光克尔效应；(3)横向磁光克尔效应，即磁化强度方向与介质表面平行与反射面垂直时的磁光克尔效应。
基于磁光克尔效应的磁畴观测与处理系统
于磁 光克 尔效应 ，采用 自制的磁 光克 尔系统观测磁 畴。采用先进的 电荷耦合 （ Ｃ Ｃ Ｄ）数码 成像技 术，结合 计算 机 图像处理技 术 （ 灰度 处理 Байду номын сангаас边缘检 测等 ）获得磁 畴 图像。 以铁氧体薄膜为研 究对 象，观测 了不同外磁 场作 用
下材料磁 畴的变化 情况。表 明使用本 系统观测磁畴方便 、直观 和先进。
Ｋ ｅ ｏｒ ： ｇ ｅｏ ｏ ｔ ａ ｒ ｅ ｅ ｔ ｍａ ｅｉ ｏ ｉ ｂ ｅｖ ｔ ｎ ｄｇｔｌｍａ ｅｐｏ ｅ ｓ ｇｔｃ ｏｏ ｙｗ ｄｓ ｍａ ｔ—ｐ ｃ ｌ ｎ ｉ Ｋｅｒ ｆ ｃ； ｎ ｇ ｔ ｄ ｍａｎｏ ｓｒａｉ ； ｉｉ ｇ ｒｃ ｓｉ ｈ ｌｇ ｃ ｏ ａ ｉ ｎ ｅｎ ｙ
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磁光克尔显微系统 用途
磁光克尔显微系统用途磁光克尔显微系统的用途磁光克尔显微系统是一种先进的光学显微镜技术，它利用了光学和磁学的特性，能够在纳米尺度下对材料进行非接触式的测量和观察。
磁光克尔显微系统具有广泛的应用领域，包括材料科学、生物医学、电子工程等。
本文将从这几个方面介绍磁光克尔显微系统的主要用途。
一、材料科学领域磁光克尔显微系统在材料科学领域中有着重要的应用。
它能够对材料的磁性、磁畴结构、磁场分布等进行高分辨率的测量。
通过磁光克尔显微系统，研究人员可以观察到材料中微小磁结构的变化，从而深入了解材料的磁性质和磁场调控效应。
这对于磁性材料的设计和优化具有重要意义，尤其是在磁存储材料、磁传感器等领域。
二、生物医学领域磁光克尔显微系统在生物医学领域中也有着广泛的应用。
通过引入磁性纳米颗粒，磁光克尔显微系统可以对生物样品进行高灵敏度的检测和成像。
例如，可以利用磁光克尔显微系统对生物标记物进行定量检测，用于疾病的早期诊断和治疗监测。
此外，磁光克尔显微系统还可以用于观察细胞内的磁性颗粒的运动轨迹，研究细胞的生物活动过程。
三、电子工程领域磁光克尔显微系统在电子工程领域中也有着重要的应用。
它可以用于芯片和磁存储器件等微电子器件的磁性分析和性能评估。
通过磁光克尔显微系统，可以观察到微电子器件中磁性材料的磁畴结构、磁化动力学等特性，从而了解器件的磁性能和磁场调控效应。
这对于磁存储器件的设计和优化具有重要意义，有助于提高存储密度和读写性能。
四、其他领域除了材料科学、生物医学和电子工程领域，磁光克尔显微系统还有一些其他的应用。
例如，它可以用于观察磁性颗粒的磁畴结构，研究磁性纳米材料的特性和应用。
此外，磁光克尔显微系统还可以用于纳米加工和纳米制造领域，实现对纳米结构的快速检测和表征。
总结起来，磁光克尔显微系统具有广泛的应用领域，包括材料科学、生物医学和电子工程等。
它可以对材料的磁性、磁畴结构、磁场分布等进行高分辨率的测量和观察，有助于深入了解材料的磁性质和磁场调控效应。
一种提高磁光克尔效应实验精度的调节装置[实用新型专利]
![一种提高磁光克尔效应实验精度的调节装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e80b411504a1b0717ed5ddd7.png)
专利名称：一种提高磁光克尔效应实验精度的调节装置专利类型：实用新型专利
发明人：王春梅,李赫,傅方杰,阮建中,沈国土
申请号：CN201520987115.4
申请日：20151202
公开号：CN205280568U
公开日：
20160601
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种提高磁光克尔效应实验精度的调节装置，其由导轨、平衡调节孔和水准仪组成；导轨的长度应能容纳实验所放置的若干个光具座，并满足一定的光路间距需要；导轨顶部凸起部分与实验用光具座匹配，所有光具座螺丝拧紧后，其中轴线处于同一直线；导轨远端的两个平衡调节孔放置平衡调节螺丝，通过调节两个平衡调节螺丝，可以调节导轨的水平；导轨近端有高度可调支撑件，配合远端两个平衡调节螺丝，可改变导轨高度；导轨近端切割为弧形，曲率半径为
15cm，与磁光克尔效应实验主装置底座完全吻合，保证调节两导轨张角的同时，光路始终通过待测样品中央。
本实用新型可简化磁光克尔效应实验的调节过程，并能提高实验精度。
申请人：华东师范大学
地址：200062 上海市普陀区中山北路3663号
国籍：CN
代理机构：上海麦其知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：董红曼
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磁光法拉第和克尔效应原理及其测量
磁光法拉第和克尔效应原理及其测量
陈良尧
【期刊名称】《半导体光电》
【年(卷),期】1991(12)4
【摘要】介绍了磁光法拉第效应、克尔效应原理及有关的测量方法。
【总页数】7页(P392-398)
【关键词】克尔效应;法拉第效应;磁光;测量
【作者】陈良尧
【作者单位】复旦大学物理系
【正文语种】中文
【中图分类】O436.4
【相关文献】
1.用表面磁光克尔效应测量材料表面磁特性的研究 [J], 江影;邹红玉
2.磁光克尔效应实验装置改进与非标软磁材料的矫顽力测量 [J], 王春梅;赵振杰;阮建中;李赫;沈国土
3.测量Ga0.95Mn0.05As薄膜材料磁学性质的实验系统——基于反常霍尔效应和表面磁光克尔效应 [J], 蒋笑寒;陈宜保;梁昌林;来旭波;张留碗
4.用He-Ne激光精密测量磁光法拉第效应 [J], 钱小陵;常悦
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主要技术指标可利用偏光显微成像系统或克尔磁光效应进行二维面
主要技术指标：
1.可利用偏光显微成像系统或克尔磁光效应进行二维面扫描对磁畴进行成像
2.对于利用偏光显微成像系统进行磁畴成像的方式应满足：
(1)需配备高分辨物镜（20x，50x，100x放大倍率）显微成像系统及LED光纤光源，
可精确操控光纤光源的端口位置，并置于衍射面端；
(2)偏光显微成像系统具有高灵敏度低温制冷CCD相机；
(3)克尔灵敏度：0.01度，旋光角度范围1度；
3.对于利用磁光克尔效应采用二维面扫描对磁畴进行成像的方式应满足：
（1）成像方式需配有高聚焦束斑的激光源（<2 微米光斑），及全封闭光路系统；
（2）具有0.02%的反射率变化及0.5 mdeg的克尔转角变化的灵敏度
4.可原位定点测量磁滞回线，并同时记录磁畴的变化；
5.可同时测量面内及面外的磁滞回线；
6.可提供面内矢量磁场，最大磁场强度不低于2000 Oe （15mm 样品）；
7.可提供面外磁场，最大磁场强度不低于8000 Oe ；
8.可开放编程的磁畴成像处理软件，及高度集成的计算机控制系统。
以上三家均符合我们的技术要求。
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划分为阶跃状和屋顶状两种类型。而且采用智能硬件 去网技术，达到了理想的去网效果，很大程度上降低 了成本；实现了文字和图像同步显现，提高了扫描速 度，取得了满意的效果。本实验采用了自行设计的边 缘检测以及灰度处理程序来分析和观测磁畴。
其中，这些图像的坐标为µm。由图可见，与 50 mT 磁场的情况比，75 mT 磁场下的磁畴结构排 布开始有序化，白色小区域磁畴数量逐渐变少，区 域逐渐变小。从图 4a、4b 可以看到，白色磁畴随 磁场的增大变得越来越小，当磁场强度为 150 mT 时，白色区域几乎全黑了。由此我们看到了磁性材 料在磁场变化过程中磁畴的变化情况。
工艺·技术·应用
基于磁光克尔效应的磁畴观测与处理系统
张振彬１，许启明１，杨永明 1,2
（1. 西安建筑科技大学 材料科学与工程学院 电子信息材料与器件研究所，陕西西安 710055； 2. 西安建筑科技大学 理学院物理系，陕西西安 710055）
摘 要：磁铁物质的基本特征是自发磁化和磁畴，磁畴的观测在磁学和磁性材料研究中具有重要作用。基
图 1 图像处理步骤
处理后 的图像
磁性材料及器件 2010 年 4 月
2.2 实验装置 完全由我们自制的表面磁光克尔效应实验系
统由以下几部分组成： （1）电磁铁电源控制主机和可控电磁铁。电
磁铁电源控制主机可选择磁场自动和手动扫描，它 主要提供电磁铁的扫描电源。磁场转换开关选择初 始扫描时的磁场方向。
反畴。本实验采用了边缘检测以及灰度处理来分析和
磁泡分为正常泡（也称软泡）和硬磁泡。当器
观测磁畴。边缘主要存在于目标与目标、目标与背景、 件工作时，正常泡如果变成硬磁泡，那么存贮器就
区域与区域(包括不同色彩)之间，是图像分割、纹理 特征和形状特征等图像分析的重要基础。通常将边缘
不能正常工作。由此可见研究和掌握磁畴的规律性 的重要性。
Key words: magneto-optical Kerr effect; magnetic domain observation; digital image processing technology
1 引言
磁铁性物质的基本特征是物质内部存在有自 发磁化和磁畴结构。1907 年外斯在分子场理论的 假设中，最早提出了磁畴的假说。磁畴结构的理论 则是朗道(Londan)-里弗西兹(1ifsLits)在 1935 年考
2 实验方法与装置
2.1 研究方法 先搭建简单的实验系统，观察样品的磁光克尔
效应，然后设法改进，使其看得更加清晰，再通过 CCD 数码摄像系统代替人眼观察，将磁畴结构成 像于计算机的显示屏上。接下来便针对所显示的图 像进行图像处理，获取必要的数据和信息。图 1 即 为图像处理的全过程。
原始图像
平滑图像 灰度处理 边缘检测 去网
利用磁光效应来观察磁畴的方法可分为两种： 克尔效应法和法拉第效应法。克尔效应是指平面偏 振光照射到磁性物质表面上而产生反射时，偏振面 发生旋转的现象。由于旋转方向取决于磁畴中磁化 矢量的方向，旋转角与磁化矢量成比例，因此可以 利用这一效应观察不透明磁性体的表面磁畴结构。
J Magn Mater Devices Vol 41 No 2
在偏光显微镜下看到的这些明暗相间的区域 是磁化方向相反的两类磁畴，正是由于磁化方向的 不同，透过两种磁畴的偏振光的旋转角也就不同， 因而形成两种磁畴图像明暗的差别，“明”畴磁化方 向垂直于样品表面向下，“暗”畴磁化方向垂直于样 品表面向上。如果在垂直膜面法线的方向施加一个 外磁场 Hb，那么磁化方向与它相同的“暗”畴就要 扩张，“明” 畴就要缩小。显然磁泡是存在于单轴 各向异性磁性薄膜的反向磁化的圆柱状磁畴。随着 外场的不断增大，磁泡就要缩小。当 Hb=Ms（饱和
[4] Wittekoek S, Popma T J A, Robertson J M, et al. Magneto-optic spectra and the dielectric tensor elements of bismuth-substituted iron garnets at photon energies between 2.2~5.2 eV [J]. Phys Rev. 1975. 12: 2777-2788.
法拉第效应是指平面偏振光透过磁性物质时，偏振 面发生旋转的现象。同样由于旋转的方向和大小与 磁畴中磁化矢量的方向和强度有关，因此可用它观 察半透明磁性物质内部的磁畴结构[4]。
利用磁光克尔效应观察磁畴结构的优点：（1） 它不受温度的限制，可以在各种温度下观察磁畴结 构。（2）有些材料的畴壁较厚，畴与畴壁间的界限 不明显，表面散磁场很小，粉纹不易集中。对于这 种情况，磁光效应法是一种有效的方法。（3）磁光 效应法可用于观察磁畴的动态变化。如配以高速摄 影装置，可以显示出数量级为 1μs 的磁化及反磁化 过程。这种方法的主要困难在于相邻磁畴上反射的 光，相邻偏振面相差很小（一般为 5´，最大为 20´ 左右），亮暗区差别不明显，这就要求采用高质量 的起偏器和检偏器。磁光法与粉纹法还有一个明显 的区别：粉纹法观察到的是样品表面的磁畴，磁光 法观察到的是样品的磁畴。所以两种方法配合使用 会取得更好的效果[5]。
收稿日期：2009-09-22 修回日期：2009-10-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目（50871104），陕西
省自然科学基金资助项目（SJ08E101），西安市 科技局资助项目（CXY08006） 作者通信：E-mail: junzi19821122@
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虑了静磁相互作用而首先提出的[1]。多年来，关于 磁畴的形成以及在外磁场作用下磁畴结构发生的 相应变化，已经在实验上和理论上积累了很多结 果，使磁畴结构理论已经成为现代磁化理论的主要 理论基础[2,3]。
中图分类号：O482.5
文献标识码：B
文章编号：1001-3830(2010)02-0046-03
Magnetic Domain Observation and Processing System Based on Magneto-optical Kerr Effect
ZHANG Zhen-bin1, XU Qi-ming1, YANG Yong-ming1,2 1. Institute of Electronic Information Materials and Devices, School of Material Science & Engineering,
4 语
采用自制的磁光克尔实验系统观测铁磁材料 的磁畴，采用先进的 CCD 成像数码技术。用灰度 处理、边缘检测等先进的图像处理手段。可以看出 当磁场缓慢增加时，磁畴变化明显。
通过样品观测，我们可以看到在新型处理方法 下的材料的磁畴。图像直观，同时由于本仪器几乎 完全自制，性价比高，可望广泛应用于磁畴观测。
Xi'an University of Architecture and Technology , Xi’an 710055, China; 2. Physics Department, School of Science, Xi’an University of Architecture
and Technology, Xi’an 710055, China
在偏光显微镜下，一般仅能看到克尔效应显示 的磁畴结构。采用优质的偏振镜，增强入射光的亮 度和缩短波长，加大物镜的数值孔径，插入波长转 换片，适当减小显微镜的孔径光阑和采用倾斜照明 等方法，均能提高显微图象的质量。
数字图像处理技术起源于上世纪 20 年代，经 过近一个世纪的发展，目前已经广泛地用于工业、 医疗保健、航空航天、军事、地理等各个领域，在 科学技术和国民经济中发挥着越来越重要的作用。 数字图像处理科学与技术逐步向其他学科领域渗 透，并为其他学科所利用是科学发展的必然。因此 用数字图像处理技术处理磁畴，必将得到广泛的研 究与应用。
参考文献：
[1] 姜寿亭，李卫. 凝聚态磁性物理[M]. 北京：科学出版 社，2003. 10: 208-209.
[2] 冯端. 固体物理学大辞典[M]. 北京: 高等教育出版社, 1995.7: 157-966.
[3] Lin C J, Gorman G L, Lee C H, et al. Magnetic and structural properties of Co/ Pt multilayers [J]. J Magn Magn Mater, 1991. 93: 194-206.
于磁光克尔效应，采用自制的磁光克尔系统观测磁畴。采用先进的电荷耦合（CCD）数码成像技术，结合计算
机图像处理技术（灰度处理、边缘检测等）获得磁畴图像。以铁氧体薄膜为研究对象，观测了不同外磁场作用
下材料磁畴的变化情况。表明使用本系统观测磁畴方便、直观和先进。
关键词：磁光克尔效应；磁畴观测；数字图像处理技术
（2）先进的偏光显微镜系统。 （3）控制系统和计算机。采用先进的 CCD 成 像数码技术，计算机图像处理技术使操作和维护画 面更加方便、直观和先进。用灰度处理、边缘检测 等先进的图像处理手段，其中部分程序完全由我们 自己编制。实现了文字和图像同步显现，提高了扫 描速度。图 2 为实验原理图。图 3 为完全由我们自 制的实验装置，并配以先进的 CCD 系统和几种先 进的图像处理系统。
滤色片
检偏振片
CCD
起偏振片
白光光源
计算机
通信接口
图2 利用磁光克尔效应观测磁畴的实验原理
图3 利用磁光克尔效应观测磁畴的实验装置
自制的系统采用标准实验台，台面采用铝合金 氧化的光学平板，中间装有减震海绵。光学元件通 过底座于台面可以自由固定。
3 实验结果与分析
用表面磁光克尔效应观察铁磁体的磁畴。不同 的磁畴有不同的自发磁化方向，引起反射光振动面 的不同旋转，通过偏振片观察反射光时，将观察到
Abstract: Spontaneous magnetization and magnetic domains are the basic characters of ferromagnetic materials,