[发明专利]一种表面纳米结构磁性测量方法

说明书

本发明涉及光学技术测量领域的磁性测量方法，一种表面纳米结构磁性测量方法，测量装置包括激光器、延时器、1/4波片、凹透镜、凸透镜I、平面镜、偏振片、分束器、凸透镜II、透镜台、原子力显微镜I、探针I、透镜座、物镜、样品、霍尔片、样品台、信号发生器、示波器、探测器、磁体、前置放大器、差分放大器、补偿器、模数转换器、计算机、原子力显微镜II、探针II，磁体由四个相同的子磁体电缆连接组成，采用高精度的定位装置来获得纳米尺度样品表面的磁化信息，能够对单个纳米结构进行测量，对样品表面的磁化动态的测量能达到亚微米量级的空间分辨率，不依靠相敏检测技术来提取样品表面微小磁化波动的信息，能得到纳米尺度的磁化动态特征。

技术领域

本发明涉及光学技术测量领域的磁性测量方法，尤其是一种基于回线测量方法的低成本的一种表面纳米结构磁性测量方法。

背景技术

磁光克尔效应测量装置是材料表面磁性研究中的一种重要手段，其工作原理是基于由光与磁化介质间相互作用而引起的磁光克尔效应，其不仅能够进行单原子层厚度材料的磁性检测，而且可实现非接触式测量，在磁性超薄膜的磁有序、磁各向异性、层间耦合和磁性超薄膜的相变行为等方面的研究中都有重要应用。磁光克尔效应测量装置主要是通过检测一束线偏振光在材料表面反射后的偏振态变化引起的光强变化进行样品表面的磁化观测，因此其成像的效果极易受到光学元件限制，现有技术缺陷一：传统的使用显微镜物镜的聚焦克尔显微镜的空间分辨率由光学衍射极限所决定，因此无法得到纳米尺度的磁化动态特征；现有技术缺陷二：基于相敏检测方法的装置较为复杂，且价格昂贵，所述一种表面纳米结构磁性测量方法能解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种表面纳米结构磁性测量方法，采用高精度的定位装置来获得纳米尺度样品表面的磁化信息，并采用低成本的电子学元件在不降低装置性能的前提下来降低成本。

本发明所采用的技术方案是：

测量装置主要包括激光器、延时器、1/4波片、凹透镜、凸透镜I、平面镜、偏振片、分束器、凸透镜II、透镜台、原子力显微镜I、探针I、透镜座、物镜、样品、霍尔片、样品台、信号发生器、示波器、探测器、磁体、前置放大器、差分放大器、补偿器、模数转换器、计算机、原子力显微镜II、探针II、入射光路及反射光路，xyz为空间直角坐标系、xy平面为水平面，所述原子力显微镜II与原子力显微镜I结构相同，所述探针I位于原子力显微镜I下端，所述探针II位于原子力显微镜II下端，所述物镜位于透镜座下端，所述探针I和探针II为相同外形尺寸的原子力显微镜探针、且外形为圆台，所述圆台的上底面直径为2微米、下底面直径为1微米，所述圆台轴线垂直于水平面，所述激光器发射的激光束依次经延时器、1/4波片、凹透镜、凸透镜I、平面镜、偏振片、分束器、凸透镜II、透镜台、原子力显微镜I、探针I，从而形成入射光路，所述激光束照射到样品表面产生的反射光依次经探针I、原子力显微镜I、透镜台、凸透镜II、分束器，从而形成反射光路，所述反射光被分束器偏转至所述探测器，所述透镜台为直径十厘米的透光圆盘且具有中心轴，所述原子力显微镜I、透镜座、原子力显微镜II分别位于透镜台下面、且均能够相对于透镜台的位置微调，当透镜台绕其中心轴转动时，能够分别将原子力显微镜I或透镜座或原子力显微镜II置于样品正上方，所述探针I中具有通孔，所述探针II为接触型原子力显微镜探针，霍尔片位于样品台上，通过磁控溅射方法将样品直接接触地制备于霍尔片上表面，所述霍尔片长为80微米、宽为50微米、厚度为150纳米，特征阻抗为50欧姆，所述样品长为10微米、宽为9微米、厚度为50纳米，所述激光器电缆连接计算机，所述磁体、信号发生器、计算机依次电缆连接，所述示波器电缆连接霍尔片，所述探测器、前置放大器、差分放大器、模数转换器、计算机依次电缆连接，所述补偿器电缆连接差分放大器；经过所述探针I的圆台下底面周边上最靠x轴正方向的一点，斜向轴线一侧切掉一楔形块，探针I下底面形成一个与水平面成五度角的斜面，使得探针I在x轴正方向一侧更接近样品表面，能够使得探针I沿x轴正方向在样品表面扫描时不易造成针尖变形，从而避免通孔损坏；所述磁体由四个相同的子磁体通过电缆连接组成，四个子磁体分别位于一个边长为20厘米的正方形的顶点，所述霍尔片及样品位于所述正方形的中间，样品台、霍尔片及样品能够整体在xy平面内旋转，旋转范围为正负45度；所述探针I的所述通孔的直径为500纳米。