Sistema de Medição MOKE

O Sistema de Imagem Microscópica Kerr Magneto-óptico Multifuncional é um equipamento avançado de pesquisa científica com alta sensibilidade, alta resolução e múltiplas funções. O sistema realiza imagens dinâmicas sem contato e em tempo real de propriedades magnéticas de materiais por meio do efeito Kerr magneto-óptico, e pode entender clara e intuitivamente a distribuição espacial e a evolução temporal dos estados de magnetização em materiais e dispositivos magnéticos, o que é adequado para testes e desenvolvimento de produtos de materiais magnéticos e dispositivos spintrônicos.

O sistema de microimagem magneto-óptico Kerr é baseado na estrutura de caminho óptico autoprojetada e adota componentes fotoelétricos da Olympus e Soleibo. É usado para imagens de domínio magnético e estudos dinâmicos de materiais magnéticos/dispositivos spintrônicos.

Alta sensibilidade: O sistema adota tecnologia avançada de detecção magneto-óptica, que pode detectar sinais magneto-ópticos fracos e realizar observações precisas da estrutura do domínio magnético do material.

Alta resolução: O sistema é equipado com um microscópio de alta precisão e sistema de imagem, que pode apresentar uma imagem nítida do domínio magnético microscópico, fornecendo evidências intuitivas para o estudo das propriedades magnéticas dos materiais.

Versatilidade: Além da função básica de geração de imagens de domínio magnético, o sistema também possui controle de campo magnético, controle de temperatura, análise espectral e outras funções estendidas para atender a diversas necessidades de pesquisa científica.

Fácil de operar: o sistema adota um design humanizado, a interface é simples e clara, fácil de operar e é equipada com software de análise de dados inteligente, que pode processar automaticamente dados experimentais e melhorar a eficiência.

Com campo magnético no plano, campo magnético vertical e vários pares de sondas DC/HF - a combinação perfeita de imagens magneto-ópticas e testes de transporte de spin!

O campo magnético vertical máximo de 1,8 T, campo magnético no plano de 1,4 T, temperatura variável de 4K-873K, pode ser usado para pesquisa de imagens de materiais magnéticos duros

Diagrama de princípio

Controle de sinal de teste

1. Campo magnético vertical/campo magnético no plano/corrente/micro-ondas e outros sinais múltiplos, aplicados sincronizadamente no nível μs;

2. A forma de onda, amplitude, frequência, atraso relativo e outros parâmetros de cada sinal podem ser facilmente ajustados.

Processamento de imagem

1. Subtração em tempo real para eliminar ruído de fundo;
2. Correção automática de desvio de vibração, etc.

Análise de sinal

1. Exibição em tempo real de sinais de teste de corrente e campo magnético;

2. Com base na análise da imagem de Kerr, execute a varredura do loop de histerese na amostra localmente (220 nm) ou globalmente.

Efeitos de imagem de domínio magnético em filmes magnéticos perpendicularmente anisotrópicos (1 nm de espessura)

Domínios magnéticos na superfície do ímã permanente (NdFeB) em massa

Material de nanofilme

Domínios magnéticos na superfície do bloco de aço silício

Estude as propriedades dos materiais magnéticos

(1)Detectar a qualidade dos materiais magnéticos

(2)Detectar localização do defeito

No defeito, a parede do domínio magnético se move e se deforma, formando um efeito de fixação. Usando uma lente objetiva de alta resolução, a posição do defeito pode ser observada diretamente (círculo vermelho)

(3)Detecção de danos em dispositivos spintrônicos

Durante o processo de microfabricação de dispositivos spintrônicos, a borda da amostra é danificada, o que leva a uma diminuição da estabilidade sob a ação de um campo magnético, e a borda é primeiramente invertida.

(4)Analisando os resultados do loop de histerese

O microscópio Kerr magneto-óptico pode analisar o estado do domínio magnético correspondente ao loop de histerese devido à sua vantagem de resolução espacial. Como mostrado à esquerda, a amostra exibe desmagnetização espontânea devido à dominância dos efeitos dipolo sobre a anisotropia.

O microscópio Kerr possui um conjunto abrangente de métodos para caracterizar quase todos os autoparâmetros magnéticos.

Comparado com outros métodos de caracterização, sua vantagem significativa é que ele pode executar caracterização fina da natureza local em uma área muito pequena (220 nm). Este tipo de microscópio é muito adequado para todos os tipos de experimentos de magnetometria, como irradiação, controle de voltagem e controle optomagnético, e pode efetivamente analisar materiais com propriedades não uniformes.

Caracterização das propriedades de magnetização de saturação local M: Ao observar a mudança de distância da parede do domínio magnético sob diferentes campos magnéticos, o microscópio Kerr pode extrair a magnetização de saturação local M. O princípio deste método é baseado no fenômeno de repulsão mútua causado pela interação dipolo quando as paredes do domínio magnético estão próximas umas das outras. O método foi proposto e validado pela primeira vez em 2014 pelo Professor Nicolas Vernier da Universidade de Paris Saceray, e é altamente consistente com medições VSM.

Caracterização da energia anisotrópica local k: Ao analisar as mudanças de luz e escuridão das imagens locais de Kerr, o loop de histerese pode ser obtido e, então, a intensidade do campo anisotrópico equivalente da região local pode ser extraída.

Medição da constante de interação de troca de Heisenberg: Usando a função "custom waveform" do campo magnético do microscópio Kerr, podemos oscilar a desmagnetização da amostra. Então, a transformada de Fourier do mapa de domínio de labirinto obtido pode determinar com precisão a largura do domínio e, então, extrair a rigidez da interação de troca de Heisenberg.

Caracterização da interação Dzyaloshinskii-Moriya (DMI): Ao observar a expansão assimétrica da parede do domínio magnético sob a ação combinada do campo magnético no plano e do campo magnético vertical, o microscópio Kerr pode medir a intensidade de DMI do material de filme fino.

Método: Primeiro, um campo magnético ou pulso de corrente com amplitude B e largura t é aplicado. Então, as imagens de Kerr antes e depois do pulso foram obtidas, e a distância d do movimento da parede do domínio foi obtida por cálculo de diferença. Finalmente, a velocidade da parede do domínio é calculada de acordo com a fórmula de velocidade v=d/t.

Nota: A medição do movimento ultrarrápido da parede de domínio requer o uso de pulsos de sinal ultracurtos em um campo de visão limitado. O sistema é configurado com um campo magnético com uma velocidade de resposta de μs, permitindo a medição de velocidades da parede de domínio de até 200 m/s.

Observação do efeito da tensão da parede do domínio magnético: Usando pulsos de campo magnético ultrarrápidos na ordem de microssegundos, podemos gerar bolhas magnéticas em amostras minúsculas. Pela primeira vez, observamos com sucesso a contração espontânea de paredes de domínio magnético sob sua própria tensão por meio de um microscópio Kerr de alta resolução.

O fenômeno das paredes de domínio fixadas em hastes de Hall: Usando pulsos de campo magnético, podemos controlar precisamente a posição das paredes de domínio no nanofio. Ao observar o processo de fixação da parede de domínio magnético, podemos medir os dados relacionados ao campo magnético de fixação.

1. Movimento da parede do domínio magnético impulsionado pela corrente STT.
Por meio da sonda equipada e do gerador de forma de onda arbitrária do sistema de controle principal, uma onda quadrada de nível de 50 ns~s pode ser aplicada à amostra, e o movimento da parede do domínio magnético pode ser observado e a velocidade pode ser medida.

2. Movimento da parede do domínio magnético sob a ação conjunta da corrente STT e do campo magnético vertical.
Em alguns materiais, o movimento de parede de domínio puramente acionado por corrente não pode ser observado. Neste momento, o pulso de campo magnético ultrarrápido no nível μs deste dispositivo pode ser sincronizado com a corrente para observar o movimento de parede de domínio acionado pelo campo magnético vertical + corrente, de modo a analisar vários efeitos físicos, como a polarizabilidade de spin do sistema metal pesado/ferromagnético devido ao efeito de redução de espalhamento de spin.

3. Movimento da parede do domínio magnético sob a ação conjunta da corrente e do campo magnético no plano.
A corrente de spin Hall interage com o campo magnético no plano para induzir uma inversão de momento magnético, a chamada inversão SOT. O campo magnético no plano e o sistema de teste elétrico configurado por este equipamento podem não apenas realizar o teste elétrico deste processo, mas também usar a função de sincronização da câmera e do cartão de aquisição de sinal para analisar o estado do domínio magnético correspondente à curva de inversão ponto a ponto.

4. Introdução aos testes de transporte.
Com o medidor de fonte Keithley 6221 e 2182A, ele pode medir o efeito Hall, a característica IV (resistividade) e a magnetorresistência (MR). Com fonte de micro-ondas, sonda de micro-ondas e amplificador lock-in, etc., o teste ST-FMR e o segundo harmônico podem ser realizados para caracterizar o momento spin-órbita da amostra.

1,220 nm (objetiva de imersão em óleo 100x) / 450 nm (objetiva de longa distância de trabalho, ponta compatível);
2. Campo de visão máximo: 1,2 mm×1 mm (lente objetiva 5x);
3. Pode detectar a mudança magnética de filmes finos de 2 camadas atômicas.

CoFeB(1,3nm)/W(0.2)/CoFeB(0.5) Domínios labirinto em filmes finos

Com qualquer imagem como plano de fundo, correção de desvio de imagem por subtração de ruído em tempo real, adição automática de escala e outras funções.

Em filmes finos de CoFeB (20 nm), (campo magnético no plano de 20 mT) impulsiona a comutação do domínio magnético.

Bolhas magnéticas Skyrmion em filmes finos de W/CoFeB/MgO.

Comutação magnética acionada por SOT em fios micrométricos ferrimagnéticos CoTb

Movimento da parede do domínio impulsionado por pulsos de campo magnético (120 mT, 5 μs) em fios de Ta/CoFeB/MgO de 200 nm de largura.

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