Диссертация (1103627), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Методика эксперимента и изучаемые образцы2.1 Классификация магнитооптических эффектовНамагниченный ферромагнетик, так же как и слабомагнитноевещество, помещенное во внешнее магнитное поле, обнаруживает свойствадвойного магнитного лучепреломления света. Это приводит к появлениюразличных магнитооптических эффектов на проходящем и отраженном свете.Магнитооптика ферромагнетиков определяется эффективными внутреннимиполями (обменным, спин-орбитальным), действующими в ферромагнетике, ароль внешнего магнитного поля сводится к техническому намагничиваниюкристалла. Таким образом, исследование магнитооптических явлений вферромагнетикахпозволяетполучатьинформациюоприродеферромагнетизма.Все известные магнитооптические эффекты были открыты во второйполовине XIX столетия.

В 50-е годы ХХ века магнитооптические методысталииспользоватьсямагнитоактивныхионовдлявизученияэнергетическогоферромагнитныхиспектраантиферромагнитныхдиэлектриках, а также электронной структуры ферромагнитных металлов исплавов.Внастоящеевремямагнитооптическиеметодыширокоиспользуются для исследования приповерхностных магнитных свойствмагнитоупорядоченных веществ.Магнитооптические эффекты классифицируются по методу ихнаблюдения.1. Эффекты, наблюдаемые в проходящем свете.ЭффектФарадея.Этотэффектобусловленкруговымдвулучепреломлением, то есть различием показателей преломления для левои правополяризованного по кругу света, что вызывает поворот плоскостиполяризации и появление эллиптичности линейно поляризованного света.47ЭффектФохта.Этотэффектобусловленлинейнымдвулучепреломлением света, то есть различием комплексных показателейпреломления для линейно поляризованного света.2. Эффекты, наблюдаемые на отраженном от магнитного кристалласвете.Полярный и меридиональный эффекты Керра проявляются вовращении плоскости поляризации и превращении линейно поляризованнойволны в эллиптически поляризованную.ЭкваториальныйэффектКеррасостоитвизмененииинтенсивности и сдвиге фаз линейно поляризованного света, отраженного отнамагниченного образца.Магнитооптические эффекты также классифицируются по характерураспространения света относительно вектора намагниченности.Продольныеэффекты(векторнамагниченностилежитвплоскости падения света).

К продольным эффектам относятся полярный,меридиональный эффекты Керра, а также эффект Фарадея.Поперечныеэффекты(векторнамагниченностилежитвплоскости, перпендикулярной плоскости падения света). К поперечнымэффектам относятся экваториальный эффект Керра (ЭЭК) и эффект Фохта.Существуютинтенсивноститакжелинейныеотраженногоотпонамагниченностинамагниченногоизменениякристалласвета,наблюдаемые при полярном и меридиональном намагничивании. В этомслучае плоскость поляризации должна занимать промежуточное положениемеждуP-иS-компонентами(векторЕэлектромагнитнойволнысоответственно параллелен и перпендикулярен плоскости падения света).Все магнитооптические эффекты в ферромагнитных материалах являютсяследствием двойного лучепреломления света в намагниченном образце.48МагнитооптическиенамагниченностиэффектыприповерхностногоКерраслоячувствительныопределеннойктолщины,соответствующей глубине проникновения света в среду – tпр.

Величинаглубины проникновения определяется из соотношения tпр = /4πк, где к коэффициент поглощения среды,  - длина волны падающего света. Согласносуществующимэкспериментальнымданным[71],значениеtпрдляферромагнитных материалов не превышает 30 – 20 нм в области энергииквантов падающего света 1.5 – 4.5 эВ.Напрактикелинейныемагнитооптическиеэффектыширокоиспользуются для измерения кривых намагничивания (в том числелокальных) магнитных пленок толщиной меньше глубины проникновениясвета в образец, приповерхностных кривых намагничивания в объемныхобразцах,петельгистерезисаиравновесногоприповерхностногораспределения намагниченности как в тонкопленочных, так и объемныхобразцах.Вслучаекривыхнамагничиванияизмеряютсязависимостиδ(Н)/δS  М(Н)/МS, где δS - значение магнитооптического сигнала приM = MS, MS – намагниченность насыщения при изменении магнитного поляот 0 до Н > HS.

При измерении петель гистерезиса перемагничивающее полеH изменяется от +HS до –HS и от –HS до HS (HS - поле насыщения образца).Распределения намагниченности измеряется при фиксированных значенияхН < HS.492.2Магнитооптическиймагнитометрдляисследованияприповерхностных магнитных характеристик образцовИзмерения магнитных характеристик изучаемых образцов быливыполнены на магнитооптической установке, собранной на базе микроскопаМИС-11.

Блок-схема магнитометра приведена на рисунке 2.1.Л2Л1ОINISРис. 2.1 Блок-схема магнитооптического магнитометра, собранногона базе микроскопа МИС-111 - Генератор звуковых частот ЗГ-102О – образец2 - Усилитель мощности УМ-50ИС – источник света3 - Микровольтметр постоянного тока В2-11П - поляризатор4 - Селективный усилитель У2-8Л1 – первая линза5 - Синхронный детектор СД-1ДХ – датчик Холла6 - Блок деленияЛ2 - вторая линза7 - Аналого-цифровой преобразователь Е-24ФП – фотоприемник8 - Блок питания лампы50Принцип действия магнитометра заключается в следующем. Свет отисточника излучения ИС (лампа К-12, питаемая от стабилизированногоисточника питания) проходит через поляризатор П и с помощью системылинз Л1 первого тубуса микроскопа фокусируется на образецО,расположенный между полюсами электромагнита.Угол падения света на образец равен 45о.

Размер локального участкаповерхностиизучаемогообразцаопределяетсядиаметромполевойдиафрагмы, расположенной в первом тубусе микроскопа. С учетомвозможного изменения увеличения микроскопа диаметр светового пятна наобразце может варьироваться от нескольких миллиметров до несколькихдесятков микрон. Отраженный от образца свет системой линз Л2 второготубуса собирается в плоскости изображения микроскопа, где расположенприемникизлученияФП(германиевыйфотодиод).Сигнал,пропорциональный интенсивности падающего на фотодиод света, поступаетна вход измерительной системы.Вработеиспользовалсямодуляционныйметодрегистрациимагнитооптических сигналов. Преимущество данного метода заключается втом,чтоегоприменениепозволяетустранитьвлияниеколебанийинтенсивности источника света, влияние флуктуаций фототока, и в силутого,чтоонявляетсядифференциальным,чувствительностьегоувеличивается по сравнению со статическим методом на 2 – 3 порядка, тоестьвозможноизмерениеотносительногоизмененияинтенсивностиотраженного света от перемагничиваемого образца вплоть до 10-4 – 10-5.Сущностьприменяемойметодикизаключаетсявследующем.Исследуемый образец с помощью магнита перемагничивается переменныммагнитным полем с частотой f = 80 Гц.

Питание магнита осуществляется отгенераторазасвеченногозвуковыхучасткачастотЗГ-102.поверхности51Изменениеподнамагниченностидействиемпериодическиизменяющегосявнешнегомагнитногополяприводиткизменениюинтенсивности света за счет магнитооптического эффекта. Это изменениеинтенсивности регистрируется фотоприемником.В цепи приемника излучения возникают два сигнала:U- - постоянное напряжение, пропорциональное интенсивности светаI0, отраженного от образца в отсутствии магнитного поля;U~ - переменное напряжение с частотой f, пропорциональное глубинемодуляции интенсивности отраженного от образца света ΔI за счетмагнитооптическогоэффекта,возникающегоприизменениинамагниченности от М до (– М) под действием внешнего переменногомагнитного поля.ПостоянноенапряжениеU-измеряетсямикровольтметромпостоянного тока В2-11, а переменное напряжение U~ - усилителемпреобразователем У2-8 с синхронным детектором СД-1.

Роль детекторасводится к подавлению сигналов с частотой следования, отличающейся отчастоты опорного сигнала, задаваемого генератором ЗГ-102, и регистрацииизменения фазы сигнала. С выхода СД-1 и В2-11 сигналы подаются на входблока деления. С блока деления сигнал, пропорциональный отношениюпеременной и постоянной составляющих интенсивности отраженного света,подается на один из входов аналого-цифрового преобразователя (АЦП) Е-24.На второй вход АЦП Е-24 подается напряжение, пропорциональноенапряженности магнитного поля в зазоре электромагнита. Магнитное полерегистрируется датчиком Холла (ДХ), закрепленным между тубусамимикроскопа таким образом, чтобы фиксировать значение поля на участкепроведения измерения.

АЦП осуществляет преобразование аналоговыхсигналов в цифровые, регистрация которых осуществляется компьютером.Программное обеспечение <<PowerGraph>> позволяет визуализировать иупрощать процессы регистрации, обработки и анализа данных.52Изучаемые образцы вместе с электромагнитом устанавливаются напредметном столике микроскопа, снабженном двумя микроподачами,позволяющими перемещать образец в двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях с точностью до ± 5 мкм. Поляризация света осуществляется спомощьюполяризатораГлана-Томсона(степеньполяризации~10-4),снабженного лимбом, позволяющим выставлять угол поляризации сточностью ~0.5о.Основные технические характеристики установки:- минимальная величина регистрируемого относительного измененияинтенсивности отраженного от перемагничиваемого образца света составляет510-5;- минимальный диаметр изучаемого локального участка образца сучетом увеличения микроскопа равен 20 мкм.Кривые намагничивания и петли гистерезиса образцов измерялись навышеописанной установке с помощью ЭЭК.

Характеристики

Список файлов диссертации