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 до азотных или гелиевых температур .

Доступные к заказу опциональные приборы

• Возможность оснащения температурными опциями (охлаждение до 77К, охлаждение до 8К, нагрев до 500К, нагрев до 588К)
• Функция измерения транспортных свойств (оснащение rack стойки измерительным оборудованием: мультиметры и источники тока/напряжения Keithley, осциллографы SRS, синхронные детекторы Zurich и др.)

Примеры применения

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

А Б

А. 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. Б. 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

А Б В   А. Схема продольного эффекта Керра. Б. 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. В. Зависимость сигнала Керра от магнитного поля.

Измерения эффекта Холла и токовое переключение намагниченности в L10 FePt.

А Б

В   А. Схема эксперимента: одновременная регистрация переключения через напряжение Холла и визуализацию микроскопом Керра.  Б. Зависимость сопротивления Холла (RH) от импульсного тока (I). Каждая кривая соответствует определенному внешнему полю. В. Изображения Керра для состояний 1–5, обозначенных на графике выше.

Переключение доменных стенок в 2D-ферромагнетике CuCr2Te/Cr2Te3

А Б

А. Движение доменных стенок под действием поля+180 Э в пленках CuCr2Te/Cr2Te3 при 290 K.. Б. Движение доменных стенок под действием поля -180 Э в пленках CuCr2Te/Cr2Te3 при 290 K.

Градиентное накопление спинового тока

А Б

В   А. Схема измерения для клиновидного образца Pt (до 3.2 нм)/Co (0.6 нм)/Pt (1.5 нм). Б. Аномальное сопротивление Холла при малом (I = 10 мА) и высоком (I = 22 мА) токе (H = 0 Э). В. 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.

Безполевое переключение за счет спиновой поляризации тока

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

А   Б

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: А. увеличении тока по шагам в последовательности 1, 2, 3, 4, 5, 6. Б. увеличении тока по шагам в последовательности a, b, c, d, e, f (при толщине верхнего слоя Pt = 2.5 нм).

Измерение эффективного поля DMI и скорости доменных стенок

А	В
Б
Г
А. Схема измерения эффективного поля DMI (HDMI).    Б, Анизотропное расширение доменных стенок под действием плоскостного поля.  В. Асимметричная скорость движения стенок в зависимости от приложенного поля для пленок с разными покрытиями.  Г. Схема наклонной доменной стенки из-за HDMI.