磁光克尔效应原理及应用

原理：磁光克尔效应分极向、纵向和横向三种，分别对应物质的磁化强度与反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度，一般极向的效应*强，纵向次之，横向则无明显的磁致旋光。

应用：磁光克尔效应的*重要应用是观察铁磁体的磁畴（见磁介质、铁磁性）。不同的磁畴有不同的自发磁化方向，引起反射光振动面的不同旋转，通过偏振片观察反射光时，将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。

研究实验

实验目的

利用磁光克尔效应测量磁性薄膜的磁信号和磁滞回线，确定磁性薄膜的磁各向异性随薄膜厚度的影响。

研究铁磁（FM)/反铁磁（AFM)双层膜的交换偏置（Exchange bias）现象。

实验原理

1 表面磁光克尔效应（surface magneto-optic Kerr effect,SMOKE)

当线偏振光入射到不透明样品表面时,如果样品是各向异性的,反射光将变成椭圆偏振光且偏振方向会发生偏转.而如果此时样品为铁磁状态,还会导致反射光偏振面相对于入射光的偏振面额外再转过一小角度,这个小角度称为克尔旋转角θK,即椭圆长轴和参考轴间的夹角. 同时,一般而言, 由于样品对p偏振光和s偏振光的吸收率不同,即使样品处于非磁状态,反射光的椭偏率也要发生变化,而铁磁性会导致椭偏率有一附加的变化,这个变化称为克尔椭偏率εK ,即椭圆长短轴之比.

按照磁场相对入射面的配置状态不同, 表面磁光克尔效应可以分为3种：

a. 极向克尔效应,其磁化方向垂直于样品表面并且平行于入射面;

b. 纵向克尔效应, 其磁化方向在样品膜面内,并且平行于入射面; 

c. 横向克尔效应,其磁化方向在样品膜面内,并且垂直于入射面.

2 交换偏置（Exchange Bias）

铁磁(FM) / 反铁磁(AFM) 体系(如双层膜) 在外磁场中从高于反铁磁奈尔温度冷却到低温后,铁磁层的磁滞回线将沿磁场方向偏离原点,其偏离量被称为交换偏置场,通常记作HE,同时伴随着矫顽力的增加,这一现象被称之为交换偏置。