[发明专利]一种利用磁光效应实现铁磁磁畴形貌构建的方法

说明书

本发明涉及一种利用磁光效应实现铁磁磁畴形貌构建的方法，属于物理测量技术领域。本发明使用一台带有采集数字图像功能的磁光克尔显微镜，测量过程包括：数据采集，即控制作为入射光的光源入射方向，分别采集样品表面横向和纵向的磁光克尔成像图；数据分析，对采集到的图像通过归一化、相减等处理，使其只保留横向和纵向的磁畴信号；再通过软件处理对横向和纵向的磁畴信号进行叠加，实现磁畴重构并绘制磁矩矢量分布图。

技术领域

本发明涉及一种利用磁光克尔效应进行磁畴形貌定量测量和利用软件进行磁矩重构的方法，属于物理测量技术领域。

背景技术

铁磁材料内部磁畴结构的研究对于磁性物理基础研究和铁磁材料的应用有着重要的意义。利用磁畴来进行数据存储和计算，是近年来新兴的自旋电子学领域重要的研究方向。目前，基于隧穿磁电阻效应(TMR)的磁读头存储密度已经达到1Tbit/inch2。磁随机存储器(MRAM)具有低功耗、高存储密度，非易失性等特点，被认为最有希望取代现有的随机存储器。特别是近年来，人们发现可以利用电流来操纵磁矩的翻转，基于此现象的新型多功能自旋电子学器件：如自旋转移力矩磁存储器(STT-MRAM)，在以量子信息为代表的新兴领域有重要的应用前景。此外，磁畴观测在无损探测领域也有重要的应用：对于铁路钢轨中存在或者即将发生缺损的位置，由于应力和缺陷的作用会产生磁畴形貌的变化，因此通过对磁畴形貌的观察可以反推铁轨钢材是否有损伤，做到早期诊断和预防，降低事故风险。因此，磁畴形貌的测量开始受到越来越广泛的关注。但是，对于磁畴的形貌测量，特别是定量测量的手段一直以来还较为匮乏。

目前对磁畴观测的方法主要有：磁力显微镜、自旋极化扫描隧道显微镜、透射洛伦兹力显微镜等方法。这几种测量手段都只能观察到磁畴的边界，而无法进行磁畴形貌的定量测量。目前能够实现磁畴形貌定量测量的方法是借助X射线磁圆二色效应的扫描X射线显微镜和光电子激发显微镜。而这样的X射线只能从世界领先的同步辐射光源获得，在实验时间和地点上都会受到很大的限制。同时，由于光电子显微镜需要对电子束进行成像，因此无法在探测的同时引入电流和磁场，这些限制在很大程度上制约了磁性材料和新型自旋电子学器件研究的进展。

发明内容

本发明的目的是：提供一种简易的成本较低的利用磁光克尔效应定量测量铁磁磁畴形貌并构建微观磁矩分布的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种利用磁光效应实现铁磁磁畴形貌构建的方法，使用一台带有采集数字图像功能的磁光克尔显微镜，其特征在于，包括数据采集阶段与数据分析阶段，其中：

数据采集阶段先从同一组光源下两张采集到的图像里扣除不均匀光强的贡献，再将图像相减，并且除以他们的光强本底信号强度，这样就可以进一步扣除样品形貌以及光源自身的信息，只留下磁矩分布的信号，从而得到特定磁化方向样品表面的磁畴分布。包括以下步骤：

使用一台LED点阵光源，通过控制光源的入射方向和角度来采集不同方向的磁畴形貌信息，其中：使样品左侧光源和右侧光源以相同的入射角分别照射在样品表面并采集两张图像一；使样品前侧光源和后侧光源以相同的入射角分别照射在样品表面并采集两张图像二；

数据分析阶段包括以下步骤：

通过两张图像一相减得到平面内水平方向的磁畴分布信息M_X；两张图像二相减得到平面内竖直方向的磁畴分布信息M_Y；两张图像二相加得到垂直于平面方向的磁畴分布信息M_Z；通过对磁畴分布信息M_X、磁畴分布信息M_Y及磁畴分布信息M_Z利用计算机软件进行叠加处理，即可以得到磁畴的自旋重构图。