磁光克爾顯微鏡應(yīng)用案例分享

磁光克爾顯微鏡綜合測試設(shè)備TTT-02-Kerr Microscope，顯微磁疇空間分辨率優(yōu)于0.5微米，磁光克爾角分辨率優(yōu)于0.1毫度，支持極向克爾、縱向克爾、橫向克爾三種磁光克爾效應(yīng)測量方式。在追蹤平面內(nèi)數(shù)百萬點(diǎn)的磁疇動(dòng)態(tài)信息的同時(shí)，可搭配探針臺(tái)實(shí)現(xiàn)電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)同步觀測。廣泛應(yīng)用于磁學(xué)和自旋電子學(xué)領(lǐng)域中磁光克爾效應(yīng)，磁滯回線，磁疇翻轉(zhuǎn)或擴(kuò)展等觀測。

智能照明系統(tǒng)

1.光源穩(wěn)定且均勻
2.具備極向，縱向和橫向測試能力
3.高亮度（4倍于市場上產(chǎn)品）

多功能顯微系統(tǒng)

1.線偏振光和圓偏振光
2.提高相差畸變矯正
3.電動(dòng)顯微聚焦

矢量磁場系統(tǒng)

1.垂直磁場模式可達(dá)1.4T @1cm 間隙
2.面內(nèi)磁場可達(dá)1.0T @1cm，0.36T @4cm 間隙適配低溫恒溫器；面內(nèi)矢量磁場模式可達(dá)0.35T
3.面垂直磁場和面內(nèi)磁場可快速切換

相機(jī)

1.超動(dòng)態(tài)范圍30000：1（十倍提升）
2.高量子效率>80%（1.2倍提升）
3.高速攝像和高分辨率

直流 / 交流探針

1.與外接電表匹配（6221，2400等）
2.配合高頻電表
3.配合引線鍵合器件

光學(xué)平臺(tái)

1.氣浮隔振

2.電子主動(dòng)反饋隔振

磁性薄膜材料顯微磁疇測量

(a)為樣品 CoTb(6 nm)/SiN(4 nm)在零磁場附近出現(xiàn)迷宮疇以及孤立斯格明子磁泡結(jié)構(gòu)(Skyrmions Bubble)，圖中單個(gè)穩(wěn)定的Skyrmions Bubble 的尺寸為1 μm。為研究基于 SK-RM賽道存儲(chǔ)器提供光學(xué)無損傷探測支持。
(b)為樣品 Pt(4 nm)/Co (5 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磁疇運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)，磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。 
(c)290K下，樣品CuCr2Te/Cr2Te3，磁場驅(qū)動(dòng)磁疇翻轉(zhuǎn)。上圖顯示的是 180 Oe磁場下的磁疇?wèi)B(tài)，下圖顯示的是 -180 Oe 磁場下的磁疇?wèi)B(tài)。

(d)樣品SrRuO3磁疇  (e)樣品FeSiB磁疇  (f)樣品Fe3GaTe2磁疇  (g)樣品CoTb磁疇

圖1.垂直磁各向異性薄膜顯微磁疇測量（鐵磁性/亞鐵磁性薄膜磁疇翻轉(zhuǎn)）

(a)為樣品 Ta(4 nm)/CoFeB (0.7 nm)/MgO(2 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磁疇運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)，樹枝狀磁疇，磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。彩色環(huán)帶表示磁疇壁，白色小箭頭表示的是奈爾疇壁中磁矩方向，表示磁疇運(yùn)動(dòng)方向。 

(b)為樣品 CoTb(6 nm)/SiN(4 nm)在零磁場附近出現(xiàn)迷宮疇以及孤立斯格明子磁泡結(jié)構(gòu)(Skyrmions Bubble)，圖中單個(gè)穩(wěn)定的Skyrmions Bubble 的尺寸為1 μm。為研究基于 SK-RM賽道存儲(chǔ)器提供光學(xué)無損傷探測支持。

圖2.面內(nèi)磁各向異性薄膜顯微磁疇測量

(a)面內(nèi)磁各向異性樣品，縱向-磁光克爾測試裝置示意圖。 

(b)為樣品 Pt(4 nm)/Co (5 nm)/Ta(2 nm)在磁場的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)磁疇運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)，磁矩“1”和“0”信息狀態(tài)清晰可見。 

(c)為樣品的磁滯回線，縱坐標(biāo)為歸一化的磁光克爾信號，橫坐標(biāo)為面內(nèi)掃描磁場。

圖3.電流驅(qū)動(dòng)的磁性翻轉(zhuǎn)

(a) FePt(10 nm)樣品電輸運(yùn)表征與磁光克爾實(shí)現(xiàn)同步測試裝置示意圖。 

(b)和(c)電流驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)和磁疇運(yùn)動(dòng)。沿FePt薄膜生長方向出現(xiàn)分層，呈現(xiàn)階段式翻轉(zhuǎn)，如同神經(jīng)突觸收到多個(gè)閾值信息產(chǎn)生信息傳遞。 施加不同方向輔助場Hx ，樣品磁疇翻轉(zhuǎn)極性發(fā)生轉(zhuǎn)變，如上圖(b)所示。 磁疇成像輔助測量，有助于實(shí)現(xiàn)多角度解釋電輸運(yùn)信號中的反常信號，以及閾值電流下的磁疇取向與狀態(tài)。

圖4.2D材料磁疇檢測 CuCr2Te/Cr2Te3

(a)二維鐵磁材料的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)物理和下一代自旋電子學(xué)打開了大門，其單晶層狀結(jié)構(gòu)給磁性表征帶來了極大的挑戰(zhàn)，磁光克爾效應(yīng)是表征其磁疇狀態(tài)的高效技術(shù)手段。

(b)290K下，樣品CuCr2Te/Cr2Te3，磁場驅(qū)動(dòng)磁疇翻轉(zhuǎn)。上圖顯示的是 180 Oe磁場下的磁疇?wèi)B(tài)，下圖顯示的是 -180 Oe 磁場下的磁疇?wèi)B(tài)。

(c)TTT-02-Kerr 顯微鏡兼容低溫模塊。

圖5.梯度自旋流累積

(a)Pt(up to 3.2 nm)/Co(0.6 nm)/Pt(1.5 nm)楔形樣品構(gòu)建梯度自旋流積累，實(shí)現(xiàn)無場翻轉(zhuǎn)； 

(b)和(d)，表示不同電流密度下，磁疇成核過程。(I=10 mA，Hx = 0 Oe)/( I=22 mA，Hx = 0 Oe) Hall Bar磁疇成核過程。測試電流小時(shí)，薄膜樣品磁疇在十字中心位置成核（紫色圓圈）；當(dāng)測試電流逐漸變大，磁疇在十字臂一側(cè)成核（紫色方形）； 

(c)和(e)，表示不同電流密度下,磁滯回線。(I=10 mA，Hx = 0 Oe)/( I=22 mA，Hx = 0 Oe)下的磁滯回線。大電流密度有助于磁場驅(qū)動(dòng)磁疇翻轉(zhuǎn)；

圖6.梯度自旋流實(shí)現(xiàn)無場翻轉(zhuǎn)

(a)       在外磁場HZ=0 Oe，HX=0 Oe下，脈沖電流實(shí)現(xiàn)磁疇無場翻轉(zhuǎn)及對應(yīng)的翻轉(zhuǎn)回線。1，2，3，…6表示負(fù)向的脈沖電流不斷增加直至磁疇翻轉(zhuǎn)圖片;

(b)a，b，c…f表示正向電流不斷增加直至磁疇翻轉(zhuǎn)。其中頂層Pt厚度為2.5nm。

圖7.DMI有效場以及磁疇速度測試

(a)DMI有效場(HDMI) 測量裝置。

(b)垂直各向異性樣品在面內(nèi)磁場作用下，發(fā)生各向異性翻轉(zhuǎn)。

(c)不同覆蓋層的異質(zhì)結(jié)樣品，其磁疇運(yùn)動(dòng)速度隨面內(nèi)輔助磁場的變化

(d)DMI有效場導(dǎo)致磁疇翻轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)傾斜角且DMI越大傾斜角越大。