Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

Э

Рис. 6.23. Физические принципы визуализации доменной структуры на основе эффекта Фарадея (а) и эффекта Керра (б): П, А – поляризаторы (стрелка указывает направление плоскости поляризации), МП – магнитная пленка, Э, Г– экран, глаз. Остальные обозначения — общепринятые

356

объектива различно намагниченные участки видны как участки различной яркости как в проходящем (рис. 6.23 а), так и в отраженном свете.

Если измерять каким-либо фотоэлектрическим методом сигналы, то можно получить данные о магнитном состоянии образца. Действительно, интенсивность светового потока, провзаимодействовавшего с образцом, пропорциональна разности площадей доменов, намагниченных в разных направлениях. При намагничивании образца площадь поверхности образца с выгодным направлением намагниченности увеличивается, с невыгодной ориентацией магнитных доменов сокращается. Намагниченность образца:

площадь засвеченного участка образца. В размагниченном состоянии 1 2 , в намагниченном до насыщения 1 и

2 0. Таким образом можно получить кривую намагничивания ферромагнетика I( H ) . Проводя размагничивание образца по стадиям от Hmax до Hi , получают петлю гистерезиса и определяют магнитные параметры образца Bs , Hc , , пря-

моугольность петли гистерезиса и т.д.

Фотографии участка пленки феррита-граната с лабиринтной, полосовой или цилиндрической доменными структурами приведены на рис. 6.24, а, б, в. При приложении внешнего магнитного поля, направленного вдоль оси легкого намагничивания, проходит перестройка доменной структуры.

357

Рис. 6.24. Примеры доменных структур в тонкопленочных образцах феррит-гранатов: 1 – лабиринтной H 0

(а), H 0,7Hs (б), H Hs (в); 2 – полосовой (размагниченное состояние); 3 – цилиндрической

Hа Hб Hв , где Hв – поле коллапса

При этом домены, в которых направления Is совпадают с

направлением внешнего поля, расширяются, а домены с противоположной ориентацией сжимаются. По достижении некото-

рого критического поля Hs , называемого полем насыщения

полосовой или лабиринтной доменной структуры, домены с намагниченностью, направленной против внешнего поля, исчезают.

При перемагничивании образца синусоидальным магнитным полем петлю гистерезиса можно наблюдать на экране. При изменении температуры образца петля гистерезиса деформируется и исчезает в точке Кюри. Преимущество магнитооптических методов наблюдения доменной структуры ферромагнетиков перед другими методами (например, перед методом биттеровских порошковых фигур) в их высоком разрешении, практической безынерциальности, и, как отмечено выше, в возможности применения при низкотемпературных исследо-

358

ваниях, когда другие методы, такие как, тот же метод порошковых фигур, непригоден.

На рис. 6.25, 6.26 приведены схемы экспериментальных установок для наблюдения доменной структуры и измерения петель гистерезиса в пленках с перпендикулярной анизотропией (векторы намагниченности в доменах направлены перпендикулярно поверхности пленки). Основные узлы установки: источник света, намагничивающее устройство, образец и крепление образца, измерительный и обрабатывающий узлы. Источником света обычно служит компактная галогенная лампа накаливания, питаемая от стабилизированного источника, или маломощный лазер, или какой-либо другой специализированный источник. Образец размещается в соленоиде (в случае использования эффекта Фарадея) или электромагните (в геометриях Керра — при отражении света ферромагнитным зеркалом). Свет от источника формируется конденсором, проходит поляризатор, а затем концентрируется на образце и далее после прохождения анализатора (в эффекте Фарадея и меридионального эффекта Керра) фокусируется на фотоприемниках — фотоумножителе в видимом диапазоне спектра или фоторезисторе в ИК диапазоне длин волн. В случае наблюдения доменной структуры свет, минуя приемники света, поступает в поляризационный микроскоп или на вход обычного микроскопа и рассматривается на мониторе или на экране (на фотографии). Поворотом анализатора на необходимый угол достигается наилучший контраст изображения.

Намагничивающие устройства — это катушка магнитного поля или электромагнит, питаемые регулируемыми постоянным или переменным напряжениями от источника постоянного тока, или от усилителя мощности, на вход которого подается переменный сигнал от задающего генератора звуковой частоты. Световые сигналы провзаимо-действовавшего с образцом излучения, и их изменения, получаемые при модуляции внешнего магнитного поля, преобразованные в цепи приемников излучения в электрические, подаются на вход электронно -

359

измерительной схемы, состоящей из чувствительных приборов: электрометрического усилителя для измерения постоянной слагающей тока в цепи приемника излучения и селективного микровольтметра в соединении с синхронным детектором, настроенными на частоту модуляции поля в намагничивающих устройствах. Далее сигналы регистрируются цифровыми вольтметрами и выводятся через АЦП на персональный компьютер. В случае наблюдения доменной структуры и измерения кривой полевой зависимости какого-либо магнитооптического эффекта — кривой намагничивания тонкопленочного прозрачного образца с помощью эффекта Фарадея или поверхностного слоя образца — ферромагнитного зеркала — с помощью эффекта Керра — используется постоянное магнитное поле. При измерении петель гистерезиса и вообще магнитооптических эффектов и их частотной, полевой, ориентационной зависимостей — переменное поле.

О

Рис. 6.25. Экспериментальная установка для наблюдения доменной структуры и измерения эффекта Фарадея

360