[发明专利]一种薄膜磁性测量方法

说明书

本发明涉及物理测量技术领域，一种薄膜磁性测量方法，测量装置包括激光器、延时器、1/4波片、凹透镜、凸透镜I、平面镜、偏振片、分束器、凸透镜II、透镜台、原子力显微镜、探针、透镜座、物镜、样品、波导、样品台、信号发生器、示波器、探测器、天线、锁相放大器、计算机、相敏检测器，采用高精度的定位装置来将激光束引导至样品表面的微型天线位置，能够在天线位置处的金属样品表面附近产生更加局域化的光近场，获得样品表面纳米结构的磁光克尔信号，增强样品表面磁光克尔信号，灵敏度高，能够减少从原子力显微镜进入探针通孔的激光直接反射回原子力显微镜，又减少射到样品表面的漫反射光，以降低对有效反射信号探测的影响，提信噪比高。

技术领域

本发明涉及物理测量技术领域，尤其是一种能够获得较强磁光克尔信号的一种薄膜磁性测量方法。

背景技术

磁光克尔效应测量装置是材料表面磁性研究中的一种重要手段，其工作原理是基于由光与磁化介质间相互作用而引起的磁光克尔效应，其不仅能够进行单原子层厚度材料的磁性检测，而且可实现非接触式测量，在磁性超薄膜的磁有序、磁各向异性、层间耦合和磁性超薄膜的相变行为等方面的研究中都有重要应用。磁光克尔效应测量装置主要是通过检测一束线偏振光在材料表面反射后的偏振态变化引起的光强变化进行样品表面的磁化观测，因此其成像的效果极易受到光学元件限制，现有技术缺陷一：传统的使用显微镜物镜的聚焦克尔显微镜的空间分辨率由光学衍射极限所决定，因此无法得到纳米尺度的磁化动态特征；现有技术缺陷二：近场的磁光克尔效应测量获得的反射光信号强度较低，导致最终得到的磁光克尔信号信噪比较低，所述一种薄膜磁性测量方法能解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用纳米尺度的、十字形的天线，并采用高精度的定位装置来将激光束引导至天线位置，能够在天线位置处的金属样品表面附近产生更加局域化的光近场，提高装置信噪比。

本发明所采用的技术方案是：

测量装置主要包括激光器、延时器、1/4波片、凹透镜、凸透镜I、平面镜、偏振片、分束器、凸透镜II、透镜台、原子力显微镜、探针、透镜座、物镜、样品、波导、样品台、信号发生器、示波器、光桥探测器、天线、锁相放大器、计算机、入射光路及反射光路，所述探针为原子力显微镜探针且位于原子力显微镜下端，所述探针为圆台形状，所述圆台的上底面直径为1.9微米、下底面直径为0.9微米，所述圆台轴线垂直于水平面，所述探针中具有通孔，所述物镜位于透镜座下端，所述激光器电缆连接计算机，所述激光器电缆连接计算机，所述激光器发射的激光束依次经延时器、1/4波片、凹透镜、凸透镜I、平面镜、偏振片、分束器、凸透镜II、透镜台、原子力显微镜、探针，从而形成入射光路，所述激光束照射到样品表面产生的反射光依次经探针、原子力显微镜、透镜台、凸透镜II、分束器，从而形成反射光路，所述反射光被分束器偏转后进入所述光桥探测器，所述透镜台为直径十厘米的透光圆盘且具有中心轴，所述原子力显微镜、透镜座分别位于透镜台下面、且均能够相对于透镜台的位置微调，当透镜台绕其中心轴转动时，能够分别将原子力显微镜或透镜座置于样品正上方，波导位于样品台上，通过磁控溅射方法将样品直接接触地制备于波导上表面，波导长为80微米、宽为50微米、厚度为150纳米、特征阻抗为50欧姆，样品长为10微米、宽为9微米、厚度为50纳米，所述示波器、波导、信号发生器、计算机依次电缆连接，所述探针中的通孔的上半部为圆柱形通孔、下半部为圆台形通孔，所述通孔内表面镀有钽金属薄膜；所述天线由金制成并直接制备于样品表面，所述天线由位于同一水平面上的四个相同的天线臂组成十字形，每个天线臂的一端均为凸出的尖端，四个所述凸出尖端位于一个边长20纳米的正方形四个顶点上，每个天线臂长度为100纳米、横截面为20纳米×20纳米；所述探针的所述通孔的上部开口直径为900纳米、下部开口直径为400纳米。所述光桥探测器输出端与锁相放大器相连，所述锁相放大器的参考频率设置为与所述信号发生器的输出频率一致，所述锁相放大器与计算机电缆连接。