高分辨率克爾顯微鏡

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(duì)于入射光的偏振面有一個(gè)小的角度（克爾旋轉(zhuǎn)角），這一現(xiàn)象被稱(chēng)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(cè)量，磁疇觀察等。 由于該設(shè)備可進(jìn)行無(wú)損探測(cè)、靈敏度高、在jiduan環(huán)境下原位測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)是被越來(lái)越多的科研人員采用。

為滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求昊量光電推出了高性?xún)r(jià)比的磁光克爾顯微鏡。其主要原理是：一束面光源經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)比度可以無(wú)限高，但是多個(gè)波長(zhǎng)偏振像差的組合通常會(huì)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(duì)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(zhǎng)數(shù)量成反比，寬譜光源會(huì)產(chǎn)生相同寬譜的線偏振，也就是說(shuō)，光偏振不是的線性，觀察到的磁對(duì)比度也會(huì)降低。

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

2）圖像自動(dòng)校正功能

通常為了獲得較弱磁性材料的對(duì)比度，市面上磁疇觀察設(shè)備通常會(huì)采用圖像差分處理來(lái)獲得較高對(duì)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?hào)增強(qiáng)10倍以上。但是由于在施加磁場(chǎng)的過(guò)程中樣品的位置會(huì)發(fā)生偏移，會(huì)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(dòng)，設(shè)備會(huì)通過(guò)快速像素相位算法確定樣品漂移，然后通過(guò)促動(dòng)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(huì)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(duì)電磁鐵強(qiáng)加以一個(gè)空間限制，并限制了生產(chǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度。其次，磁鐵產(chǎn)生的磁通量會(huì)通過(guò)物鏡，引起法拉第效應(yīng)，從而降低成像對(duì)比度。

我們通過(guò)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(wèn)題。通過(guò)對(duì)電磁鐵的磁場(chǎng)測(cè)量，我們可以發(fā)現(xiàn)，磁鐵的磁場(chǎng)提高了4倍，但是通過(guò)物鏡的磁場(chǎng)強(qiáng)度卻降低了8倍。產(chǎn)生磁場(chǎng)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(duì)于磁光克爾顯微鏡，樣品反射的光通過(guò)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(duì)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)獲得樣品的分析。

產(chǎn)品參數(shù)：

可選項(xiàng)：

1. 模塊

• 非常緊湊

• 樣品階段厚度僅為7mm

• 對(duì)樣品施加各種磁場(chǎng)

• 兼容現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的面外(OOP)電磁鐵

• 兼容四極面內(nèi)面外(IP-OOP)電磁鐵

• 用四極磁鐵在兩軸同時(shí)施加磁場(chǎng)

規(guī)格：

• 溫度范圍:90 - 330K

• 圖像分辨率:0.7 μm(基于20X物鏡)

• 開(kāi)式循環(huán)操作

• 溫度穩(wěn)定性:+/- 1K
  

• 真空級(jí)別5e-3mbar                                 

2. IP-OOP電磁鐵選項(xiàng)

同時(shí)適用于面內(nèi)和面外磁場(chǎng)(IP-OOP)，適用于自旋電子學(xué)中自旋軌道扭矩和DMI的測(cè)量

規(guī)格：

• 面內(nèi)磁場(chǎng):600 mT

• 面外磁場(chǎng):60 mT

• 蕞高溫度:100℃

• 標(biāo)稱(chēng)電阻:2.6±0.2 Ω

• 蕞大瞬時(shí)功率:400W

3. 四極磁鐵選項(xiàng)

同時(shí)適用于面內(nèi)和面外磁場(chǎng)(IP-OOP)，適用于自旋電子學(xué)中自旋軌道扭矩和DMI的測(cè)量

規(guī)格：

• 面內(nèi)磁場(chǎng):0.4 T

• 面外磁場(chǎng):0.4 T

• 蕞高溫度:100℃

• 標(biāo)稱(chēng)電阻:2.6±0.2 Ω

• 蕞大瞬時(shí)功率:400W

  

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(jí)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(chǎng)和電流

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

7）CoFeB多層材料退磁過(guò)程的實(shí)時(shí)觀測(cè)

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