Описание Cистема Керр-микроскопии серии YP

Керр микроскоп серии YP – это система для локального исследования и визуализации магнитооптического эффекта Керра. Прибор позволяет наглядно и точно исследовать пространственное распределение и состояние намагниченности в магнитных материалах и устройствах во времени. Керр микроскоп серии YP используется для визуализации магнитных доменов, исследования динамики магнитных материалов и спинтронных устройств, наблюдения поведения магнитных доменов в тонких пленках, магнитных и других материалах.

Спинтроника, как перспективное направление науки и технологий, продолжает привлекать внимание благодаря своим приложениям в таких областях, как разработка магнитных сенсоров, создание энергонезависимой памяти и исследование свойств материалов. Её роль не ограничивается фундаментальными исследованиями — она активно интегрируется в промышленные решения, что подчеркивает её междисциплинарную значимость. Ключевым аспектом в изучении магнетизма является возможность прямого наблюдения за магнитными доменами и их динамикой. Анализ движения доменных стенок позволяет визуализировать процессы перемагничивания, что критически важно для понимания физических механизмов, лежащих в основе спиновых явлений. С выполнением данной задачи хорошо справляется Керр микроскопия.

В отличие от традиционных методов измерения магнитных свойств материалов, Керр микроскопия обеспечивает принципиально новый уровень детализации при проведении исследования. Керр микроскопы серии YP сочетают в себе возможность получения изображений магнитных доменов в реальном времени с субмикронным разрешением (менее 0,5 мкм) за счет гибкого управления внешним магнитным полем – прибор позволяет подавать сигналы как для генерации постоянного магнитного поля, так и импульсные, СВЧ и другие сигналы для создания специального поля. Керр микроскоп позволяет исследовать не только статические, но и динамические процессы, включая переключение намагниченности под действием различных полей.

Схема работы Керр микроскопа серии YP

Керр микроскопы серии YP отличаются высокой точностью измерений: угловое разрешение магнитооптического эффекта Керра достигает 0,0001 градуса, а встроенные датчики магнитного поля обеспечивают считывание показаний с шагом 0,01 мТл. Система может быть также опционально оснащена криоприставками и ячейками нагрева для работы в широком диапазоне температур от -270°C до 600°C.

Особенности Керр микроскопа серии YP

• Магнито-оптическая визуализация и анализ пространственного переноса спинов носителей (включая анализ изменения вектора намагничивания образца во времени);
• Синхронное приложение сигналов (с точностью до микросекунд): вертикальное/горизонтальное магнитное поле, ток, СВЧ-сигналы;
• Гибкая настройка параметров сигналов: форма волны, амплитуда, частота, временная задержка.
• Обработка изображений в реальном времени (вычитание фонового шума)
• Автоматическая коррекция дрейфа изображения и система защиты от вибраций (активная виброплатформа).
• Отображение показаний сигналов тока и магнитного поля в реальном времени;
• Опциональный нагрев и охлаждение от -270°C до 600°C .

Изображения полученные с помощью Керр микроскопа серии YP

Магнитные домены на поверхности постоянного магнита (объемного образца NdFeB).

Эффекты визуализации магнитных доменов в перпендикулярно анизотропных магнитных плёнках (толщиной 1 нм)

Доступные к заказу опциональные приборы

• Возможность усиления поля (вертикальное поле до 1.8 Тл, горизонтальное поле до 1.4 Тл).
• Возможность оснащения температурными опциями (охлаждение до 77К, охлаждение до 8К, нагрев до 500К, нагрев до 588К)
• Возможность оснащения rack стойки измерительным оборудованием (мультиметры и источники тока/напряжения Keithley, осциллографы SRS, синхронные детекторы Zurich MFLI и др.)
• Возможность полной моторизации микроскопа и включения дополнительных опций (поляризатор, анализатор, моторизация фокуса и др.)
• Виброизоляция системы (активная виброзащита, оптические столы с компрессорной подкачкой и др.

Примеры применения

Измерение тонких пленок с перпендикулярной магнитной анизотропией (ферромагнитные/ферримагнитные)

Движение доменных стенок под действием поля. Дендритные магнитные домены в гетероструктуре Ta (4 нм)/CoFeB (0.7 нм)/MgO (2 нм)/Ta (2 нм). Белые стрелки указывают направление магнитных моментов в доменных стенках Нееля и направление движения стенок.

Скирмионная память (SK-RM). Лабиринтные домены в структуре CoTb (6 нм)/SiN (4 нм). Зафиксированы скирмионы размером ~1 мкм, формирующиеся вблизи нулевого магнитного поля.

Пленки с плоскостной магнитной анизотропией

Схема продольного эффекта Керра.

Движение доменных стенок под действием поля в образце Pt (4 нм)/Co (5 нм)/Ta (2 нм). Контраст доменных стенок выражен, направление их движения легко идентифицировать.

Зависимость сигнала Керра от магнитного поля.

Токовое переключение намагниченности

Измерения эффекта Холла и токовое переключение в L10 FePt.

Схема эксперимента: одновременная регистрация переключения через напряжение Холла и визуализацию микроскопом Керра.

Зависимость сопротивления Холла (RH) от импульсного тока (I). Каждая кривая соответствует определенному внешнему полю.

Изображения Керра для состояний 1–5, обозначенных на графике выше

Переключение доменных стенок в 2D-ферромагнетике CuCr2Te/Cr2Te3

Движение доменных стенок под действием поля в пленках CuCr2Te/Cr2Te3 при 290 K. домены в поле +180 Э

Движение доменных стенок под действием поля в пленках CuCr2Te/Cr2Te3 при 290 K. домены в поле -180 Э

Градиентное накопление спинового тока

Схема измерения для клиновидного образца Pt (до 3.2 нм)/Co (0.6 нм)/Pt (1.5 нм).

Изменение доменных стенок при варьировании тока (I = 10 мА, Hx = 0 Э / I = 22 мА, Hx = 0 Э). При малом токе стенки растут в области пересечения; при увеличении тока — смещаются к краю структуры

Аномальное сопротивление Холла при малом (I = 10 мА) и высоком (I = 22 мА) токе (H = 0 Э)

Безполевое переключение за счет спиновой поляризации тока

Импульсный ток вызывает движение и переключение доменных стенок при Hz = 0 Э, Hx = 0 Э.

Изображения MOKE переключения в структуре Pt (1.5 нм)/Co (0.6 нм)/Pt (клиновидный слой) при последовательном увеличении тока (шаги 1, 2, 3…6).

Аналогичный процесс для положительного тока (шаги a, b, c…f) при толщине верхнего слоя Pt = 2.5 нм.

Измерение эффективного поля DMI и скорости доменных стенок

Схема измерения эффективного поля DMI (HDMI).	Анизотропное расширение доменных стенок под действием плоскостного поля.

Асимметричная скорость движения стенок в зависимости от приложенного поля для пленок с разными покрытиями.

Схема наклонной доменной стенки из-за HDMI