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區(qū)域內(nèi)磁化強度和方向不同，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)常報道磁光克爾對比度幾乎觀察不到。一個主要的原因就是因為使用寬譜的照明光源。因為磁光效應(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?/span>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時校正位置。同時該幀位移的圖像在軟件中也會實時修正，校正后的圖像位移量不大于0.2個像素（8nm）

3）特殊設(shè)計的電磁鐵

通常磁疇觀察顯微鏡中的電磁鐵設(shè)計是一個具有挑戰(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。這對電磁鐵強加以一個空間限制，并限制了生產(chǎn)磁場的強度。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)計從而巧妙的解決了這兩個問題。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

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)到相機傳感器。因此對于磁疇成像系統(tǒng)，相機的靈敏度就體現(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。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)樣品磁疇圖像同時獲得樣品的磁滯回線分析。

產(chǎn)品參數(shù)：

實例：

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）同時施加磁場和電流

  6）電流誘導(dǎo)的磁疇遠(yuǎn)動的準(zhǔn)實時觀測

7）CoFeB多層材料退磁過程的實時觀測