一种薄膜磁性测量方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜磁性测量方法
本专利技术涉及物理测量
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术采用纳米尺度的、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。本专利技术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。上述特殊构造设计，使得能够减少通孔内表面的光反射，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，从而提高装置信噪比；采用高精度的定位装置来获得样品表面纳米结构的磁光克尔信号，并通过样品表面的微型天线来增强局域化的光近场，提高信号强度。所述一种薄膜磁性测量方法的步骤如下：一.旋转透镜台使得物镜位于样品正上方，确定样品的粗略位置，并以此分别调整所述原子力显微镜相对于透镜台的位置；二.旋转透镜台使得原子力显微镜位于样品正上方，令探针在二微米范围内扫描，扫描速度3nm/s，通过扫描中得到的样品表面轮廓，并确定天线位置；三.探针定位于天线中心，并向上回缩距离50nm，并关闭原子力显微镜的扫描反馈；四.调整平面镜位置，使得激光束通过透镜台和原子力显微镜射到探针上；五.激光器发射出激光，波长700nm；六.信号发生器输出频率为1Hz的正弦波来控制波导的电流信号，波导产生磁场用于激发样品；七.从样品表面反射的光束依次经过探针、原子力显微镜、透镜台、凸透镜II、分束器后进入光桥探测器，所述锁相放大器将进入光桥探测器的信号中的1Hz频率的极向克尔信号分离出来，并以电流形式输出至计算机；八.计算机处理信号后得到样品的磁化信息。本专利技术的有益效果是：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，增强了样品表面磁光克尔信号，灵敏度高。附图说明下面结合本专利技术的图形进一步说明：图1是本专利技术示意图；图2是透镜台仰视示意图；图3是样品及天线俯视放大示意图。图中，1.激光器，2.延时器，3.1/4波片，4.凹透镜，5.凸透镜I，6.平面镜，7.偏振片，8.分束器，9.凸透镜II，10.透镜台，11.原子力显微镜，12.探针，13.透镜座，14.物镜，15.样品，16波导，17.样品台，18.信号发生器，19.示波器，20.光桥探测器，21.天线，22.锁相放大器，23.计算机。具体实施方式如图1是本专利技术示意图，右下角具有xyz三维方向标，xyz为空间直角坐标系、xy平面为水平面，主要包括激光器1、延时器2、1/4波片3、凹透镜4、凸透镜I5、平面镜6、偏振片7、分束器8、凸透镜II9、透镜台10、原子力显微镜11、探针12、透镜座13、物镜14、样品15、波导16、样品台17、信号发生器18、示波器19、光桥探测器20、天线21、锁相放大器22、计算机23、入射光路及反射光路，所述探针12为原子力显微镜探针且位于原子力显微镜11下端，所述探针12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12中具有通孔，所述物镜14位于透镜座13下端，所述激光器1电缆连接计算机23，所述激光器1发射的激光束依次经延时器2、1/4波片3、凹透镜4、凸透镜I5、平面镜6、偏振片7、分束器8、凸透镜II9、透镜台10、原子力显微镜11、探针12，从而形成入射光路，所述激光束照射到样品15表面产生的反射光依次经探针12、原子力显微镜11、透镜台10、凸透镜II9、分束器8，从而形成反射光路，所述反射光被分束器8偏转后进入光桥探测器20，所述透镜台10为直径十厘米的透光圆盘且具有中心轴，波导16位于样品台17上，通过磁控溅射方法将样品15直接接触地制备于波导16上表面，波导16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15长为10微米、宽为9微米、厚度为50纳米，所述示波器19、波导16、信号发生器18、计算机23依次电缆连接，所述探针12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21由金制成并由四个相同的天线臂组成十字形，天线21直接制备于样品15表面，所述通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜磁性测量方法，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，所述光桥探测器、锁相放大器、计算机依次电缆连接，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，其特征是，所述一种薄膜磁性测量方法的步骤如下：一.旋转透镜台使得物镜位于样品正上方，确定样品的粗略位置，并以此分别调整所述原子力显微镜相对于透镜台的位置；二.旋转透镜台使得原子力显微镜位于样品正上方，令探针在二微米范围内扫描，扫描速度3nm/s，通过扫描中得到的样品表面轮廓，并确定天线位置；三.探针定位于天线中心，并向上回缩距离50nm，并关闭原子力显微镜的扫描反馈；四.调整平面镜位置，使得激光束通过透镜台和原子力显微镜射到探针上；五.激光器发射出激光，波长700nm；六.信号发生器输出频率为1Hz的正弦波来控制波导的电流信号，波导产生磁场用于激发样品；七.从样品表面反射的光束依次经过探针、原子力显微镜、透镜台、凸透镜II、分束器后进入光桥探测器，所述锁相放大器将进入光桥探测器的信号中的1Hz频率的极向克尔信号分离出来，并以电流形式输出至计算机；八.计算机处理信号后得到样品的磁化信息。...

【技术特征摘要】
1.一种薄膜磁性测量方法，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，所述光桥探测器、锁相放大器、计算机依次电缆连接，所述示波器、波导、信号发生器、计算机依次电缆连接，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：索奕双，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33