Processus de découverte
En 1845, Michael Faraday découvre pour la première fois l'effet magnéto-optique. Il a découvert que lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué à un échantillon de verre, le plan de polarisation de la lumière transmise tourne. Ensuite, il a fait des expériences sur la réflexion de la lumière sur une surface métallique avec un champ magnétique appliqué, mais parce que la surface qu'il a appelée n'était pas assez plate, les résultats de l'expérience n'ont pas été convaincants. En 1877, John Kerr découvrit l'effet Kerr magnéto-optique en observant la réflexion de la lumière polarisée par les pôles polis de l'électroaimant. En 1985, deux chercheurs, Moog et Bader, ont mené de nombreuses expériences sur l'effet Kerr magnéto-optique de la croissance épitaxiale d'un film ultra-mince de fer sur la surface d'un monocristal d'or (100) et ont obtenu avec succès la boucle d'hystérésis d'une substance magnétique. avec une épaisseur d'une couche atomique. Et a proposé d'utiliser SMOKE (abréviation de l'effet Kerr magnéto-optique de surface) comme effet Kerr magnéto-optique de surface pour représenter la recherche de l'application de l'effet Kerr magnéto-optique sur le magnétisme de surface. Étant donné que cette méthode permet à la sensibilité de l'analyse magnétique d'atteindre une épaisseur de couche atomique et que l'instrument est configuré pour fonctionner dans un système à ultra-vide, elle est devenue une méthode de recherche importante sur le magnétisme de surface. Le système expérimental d'effet Kerr magnéto-optique de surface est une méthode importante dans l'étude du magnétisme de surface. Il est utilisé dans l'étude de l'ordre magnétique, de l'anisotropie magnétique, du couplage intercouche et du comportement de transition de phase des films magnétiques ultra-minces. Les deux ont des applications importantes. L'application de ce système peut scanner automatiquement la boucle d'hystérésis magnétique de l'échantillon magnétique pour obtenir des informations sur la coercivité et l'anisotropie magnétique de l'échantillon de film mince.
Le stockage d'informations magnéto-optique est une nouvelle technologie développée ces dernières années et une innovation par rapport à la technologie de stockage d'informations traditionnelle. Le développement de supports magnéto-optiques plus nombreux, plus performants et plus pratiques est une tâche importante dans le domaine actuel du stockage de l'information. La mesure de l'angle de rotation de Kerr des supports magnéto-optiques est la méthode de base et la méthode d'étude de ces matériaux. Pour les non-développeurs, l'expérience de mesure de l'angle de Kerr magnéto-optique d'une part peut améliorer la capacité de mener des expériences physiques complètes, et d'autre part, ils auront une meilleure compréhension des nouvelles technologies de stockage de l'information, qui peuvent inspirer d'utiliser des principes physiques dans l'information La technologie de stockage et d'autres domaines proposent de nouvelles idées et apportent de nouvelles contributions.
Principe d'effet
Lorsqu'un faisceau de lumière monochromatique polarisée linéairement irradie la surface du film de support magnéto-optique, une partie de la lumière sera transmise et le plan de polarisation de la lumière transmise est le même que celui de la lumière incidente. Le rapport a un coin, et ce coin est appelé le coin de Faraday magnéto-optique (). Le plan de polarisation de la lumière réfléchie présente également un angle de rotation par rapport au plan de polarisation de la lumière incidente. Cet angle de rotation est appelé angle de rotation de Kerr magnéto-optique (), et cet effet est appelé effet Kerr magnéto-optique.
L'effet Kerr magnéto-optique comprend trois situations :
(1) Effet Kerr longitudinal, c'est-à-dire que l'aimantation est parallèle à la surface du milieu et parallèle à la surface incidente de la lumière. L'effet Kerr ; l'intensité du signal Kerr diminue avec la diminution de l'angle incident, et elle est de 0 en incidence normale. L'angle de rotation Kerr et l'ellipticité Kerr dans le signal Kerr longitudinal sont tous deux inférieurs d'un ordre de grandeur à celui du signal Kerr polaire. Par conséquent, la détection du signal Kerr longitudinal est plus difficile que la direction extrême. Cependant, pour les échantillons de film mince, l'axe magnétique facile est généralement parallèle à la surface de l'échantillon, et l'aimantation de l'échantillon est facilement saturée sous la configuration longitudinale, de sorte que l'effet Kerr longitudinal est assez sensible à l'aimantation dans le plan.
(2) L'effet Kerr polaire, c'est-à-dire l'effet Kerr qui se produit lorsque l'aimantation est perpendiculaire à la surface du milieu ; habituellement, l'intensité de l'effet Kerr polaire augmente avec la diminution de l'angle incident. Elle atteint son maximum en incidence normale. Et l'angle de rotation de Kerr est le plus grand et le plus évident.
(3) L'effet Kerr transversal, qui est l'effet Kerr qui se produit lorsque l'aimantation est parallèle à la surface du milieu ; l'état de polarisation de la lumière réfléchie ne change pas, car le champ photoélectrique et le produit vectoriel d'aimantation sous cette configuration Il n'y a jamais de composante perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière. Seule la lumière polarisée p (la direction de polarisation est parallèle à la surface incidente) a un petit changement de réflectivité (en général, elle ne provoque qu'un saut de longueur et ne provoque pas de rotation du plan de polarisation).
Pour le support magnéto-optique qui possède des informations écrites, il est nécessaire d'utiliser l'effet Kerr magnéto-optique pour lire les informations écrites. La méthode spécifique est : focaliser un faisceau de lumière polarisée monochromatique et l'irradier sur un certain point de la surface du milieu, et distinguer le "0" ou "1" de l'information en détectant la direction d'aimantation du domaine magnétique à cet endroit point. Par exemple, si le point illuminé est magnétisé vers l'avant, l'angle de rotation magnéto-optique de Kerr de la lumière réfléchie à ce point doit être comme indiqué sur la figure "Le plan de polarisation tourne lorsque la lumière polarisée linéairement est réfléchie par le magnéto- film moyen optique." Le point de est l'aimantation inverse, alors l'angle de Kerr magnéto-optique de la lumière réfléchie à ce point devrait être. Par conséquent, si l'axe de l'analyseur de polarisation est ajusté pour former un angle avec le plan perpendiculaire au support d'enregistrement, la lumière réfléchie au point de magnétisation inverse sur le support ne traversera pas l'analyseur de polarisation, et à la magnétisation directe du moyen, la lumière réfléchie peut traverser l'analyseur de polarisation. Cela indique que le plan de polarisation de la lumière réfléchie est tourné d'un angle. De cette façon, si l'on place un dispositif de détection photoélectrique (comme un tube photomultiplicateur) derrière la lumière réfléchie à la surface du milieu magnéto-optique et sur le chemin optique après passage dans l'analyseur de polarisation, on peut facilement identifier si la réflexion le point est magnétisé en avant ou en arrière. Aimanter, c'est-à-dire compléter l'identification de "0" et "1". On constate que l'angle de rotation de Kerr magnéto-optique joue un rôle très important dans la lecture des informations magnéto-optiques. Si le support magnéto-optique est fixé à la surface d'un disque rotatif, un disque magnéto-optique est formé. Lorsque le disque magnéto-optique tourne, si la lumière polarisée monochromatique est focalisée sur la surface du disque magnéto-optique en même temps, la lumière peut être balayée point par point, c'est-à-dire que les informations sont lues en continu.
Appareil de mesure
Le système de mesure se compose des cinq parties suivantes :
(1) Plate-forme d'absorption des chocs optiques.
(2) Système de chemin optique, y compris le chemin optique d'entrée et le chemin optique de réception. Le laser utilise des lasers à semi-conducteurs ordinaires, et les prismes de polarisation et d'analyse utilisent des prismes de Glan-Thompson. Le dispositif de détection photoélectrique est composé d'un diaphragme réglable en forme de trou, d'un filtre de couleur interférentiel et d'une cellule photoélectrique en silicium. La structure de réglage mécanique du prisme de Glan-Thompson consiste en un réglage grossier de l'angle et une mesure de l'angle en spirale. Le déplacement linéaire de la tête micrométrique est transformé en déplacement angulaire de la rotation du prisme. La valeur de graduation de la tête du micromètre est de 0,01 mm et la valeur d'index du plateau tournant est de 1, et la précision de mesure de la tête du micromètre est d'environ 2 grâce à l'étalonnage du déplacement angulaire du déplacement linéaire de la tête du micromètre.
(3) Hôte d'alimentation d'excitation et électro-aimant programmable. L'hôte d'alimentation d'excitation peut choisir un balayage automatique et manuel du champ magnétique.
(4) Dispositif combiné de préamplificateur et d'alimentation CC. a) Amplifier le signal Kerr reçu par le dispositif de détection photoélectrique en tant que préamplificateur et l'envoyer à l'hôte de détection de signal. b) Le signal d'intensité du champ magnétique détecté par le capteur Hall est pré-amplifié et envoyé au dispositif de détection. c) Fournir une alimentation électrique régulée avec précision pour le laser.
(5) Hôte de détection de signal. Le signal Kerr et le signal d'intensité de champ magnétique du préamplificateur sont amplifiés en deux étapes, puis envoyés à l'ordinateur pour traitement après conversion A/N. Dans le même temps, la taille du signal Kerr et le signal d'intensité du champ magnétique sont affichés par un voltmètre numérique. D/A fournit une onde quasi-triangulaire avec une période de 20 s, 40 s et 80 s comme signal de balayage automatique du courant d'excitation.
Perspectives d'application
La méthode Kerr magnéto-optique est une méthode efficace pour mesurer les propriétés des matériaux, en particulier les propriétés physiques des matériaux en couches minces. L'effet Kerr magnéto-optique de surface est une méthode expérimentale importante du magnétisme de surface.