MOKE測定システム

 

多機能磁気光学カー顕微鏡画像システムは、高感度、高解像度、多機能を備えた先進的な科学研究機器です。このシステムは、磁気光学カー効果を通じて材料の磁気特性の非接触リアルタイム動的画像化を実現し、磁性材料とデバイスの磁化状態の空間分布と時間変化を明確かつ直感的に理解できるため、磁性材料とスピントロニクスデバイスのテストと製品開発に適しています。

 

磁気光学カーマイクロイメージングシステムは、独自に設計された光路構造に基づいており、オリンパスとソレイボの光電コンポーネントを採用しています。磁性材料/スピントロニクスデバイスの磁区イメージングとダイナミクス研究に使用されます。

 

 

高感度: このシステムは高度な磁気光学検出技術を採用しており、微弱な磁気光学信号を検出し、材料の磁区構造の詳細な観察を実現します。

 

高解像度: このシステムには高精度の顕微鏡と画像システムが搭載されており、微細な磁気ドメインの鮮明な画像を表示できるため、材料の磁気特性の研究に直感的な証拠を提供します。

 

汎用性: 基本的な磁気ドメインイメージング機能に加えて、システムには磁場制御、温度制御、スペクトル分析などの拡張機能も備わっており、多様な科学研究のニーズに対応します。

 

操作が簡単: システムは人間工学に基づいた設計を採用しており、インターフェースはシンプルで明確で、操作が簡単です。また、実験データを自動的に処理して効率を向上できるインテリジェントなデータ分析ソフトウェアが搭載されています。

 

 

 

面内磁場、垂直磁場、および複数対の DC/HF プローブにより、磁気光学イメージングとスピン輸送テストの完璧な組み合わせが実現します。

最大垂直磁場1.8 T、面内磁場1.4 T、温度可変4K-873K、硬磁性材料の画像研究に使用可能

 

原理図

 

 

テスト信号制御

1. 垂直磁場/面内磁場/電流/マイクロ波などの複数の信号をμsレベルで同期して印加する。

2. 各信号の波形、振幅、周波数、相対遅延などのパラメータを簡単に調整できます。

 

画像処理

1. バックグラウンドノイズを除去するためのリアルタイム減算。
2. 振動ドリフト等の自動補正

 

信号解析

1. 電流および磁場テスト信号のリアルタイム表示。

2. Kerr イメージ解析に基づいて、サンプルのヒステリシス ループ スキャンを局所的 (220 nm) または全体的に実行します。

 

垂直異方性磁性膜（1nm厚）における磁区イメージング効果

 

永久磁石（NdFeB）バルクの表面の磁区

 

ナノフィルム材料

 

シリコン鋼ブロックの表面の磁区

 

 

磁性材料の特性を研究する

（１）磁性材料の品質を検出する

 

 

MgO(sub)/Co/Ptサンプル: MgO結晶基板とCo格子 ミスマッチによるフィルム欠陥。

磁気フィルムの品質が悪いと、磁気反転プロセス中に雪片のような磁気ドメインが発生します。

均一な磁区構造と滑らかなエッジを備えた高品質の磁性フィルム。

 

（２）欠陥箇所の検出

 

欠陥部では磁壁が移動・変形し、ピンニング効果が発生します。高解像度の対物レンズを使用することで、欠陥位置を直接観察できます（赤丸）

 

（３）スピントロニクスデバイスの損傷検出

 

スピントロニクスデバイスの微細加工プロセス中に、サンプルのエッジが損傷し、磁場の作用下での安定性が低下し、エッジが最初に反転します。

 

（４）ヒステリシスループ結果の解析

 

磁気光学カー顕微鏡は、空間分解能に優れているため、ヒステリシス ループに対応する磁区状態を分析できます。左に示すように、サンプルは異方性よりも双極子効果が優勢であるため、自発的な消磁を示します。

 

 

Kerr 顕微鏡には、ほぼすべての磁気固有パラメータを特徴付ける包括的な一連の方法が備わっています。

 

他の特性評価方法と比較して、非常に小さな領域（220 nm）で局所的な性質の詳細な特性評価を実行できることが大きな利点です。このタイプの顕微鏡は、照射、電圧制御、光磁気制御など、あらゆる種類の磁気測定実験に非常に適しており、不均一な特性を持つ材料を効果的に分析できます。

 

局所飽和磁化特性 M の特性評価: 異なる磁場下での磁壁の距離変化を観察することにより、カー顕微鏡は局所飽和磁化 M を抽出できます。この方法の原理は、磁壁が互いに近接しているときに双極子相互作用によって引き起こされる相互反発の現象に基づいています。この方法は、2014 年にパリ・サセレー大学のニコラ・ヴェルニエ教授によって初めて提案され、検証され、VSM 測定と非常に一致しています。

 

局所異方性エネルギー k の特性評価: 局所カー画像の明暗の変化を分析することで、ヒステリシス ループが得られ、局所領域の等価異方性場強度を抽出できます。

 

ハイゼンベルク交換相互作用定数の測定: カー顕微鏡の磁場「カスタム波形」機能を使用して、サンプルの消磁を振動させることができます。次に、得られたラビリンスドメインマップのフーリエ変換により、ドメインの幅を正確に決定し、ハイゼンベルク交換相互作用の剛性を抽出できます。

 

Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用 (DMI) の特性評価: 面内磁場と垂直磁場の複合作用下での磁壁の非対称な拡大を観察することにより、Kerr 顕微鏡は薄膜材料の DMI 強度を測定できます。

 

 

方法：まず、振幅 B と幅 t の磁場または電流パルスを印加します。次に、パルス前後のカー像を取得し、差分計算によって磁壁移動の距離 d を取得します。最後に、速度式 v=d/t に従って磁壁の速度を計算します。

 

注: 超高速磁壁運動の測定には、限られた視野内での超短信号パルスの使用が必要です。このシステムは、応答速度が μs の磁場で構成されており、最大 200 m/s の磁壁速度を測定できます。

 

磁壁張力の影響の観察：マイクロ秒オーダーの超高速磁場パルスを使用して、微小なサンプル内に磁気バブルを発生させることができます。高解像度のカー顕微鏡を使用して、磁壁が張力を受けて自発的に収縮する様子を初めて観察することに成功しました。

 

ホールロッド上に磁壁が固定される現象: 磁場パルスを使用して、ナノワイヤ内の磁壁の位置を正確に制御できます。磁壁の固定プロセスを観察することで、固定磁場に関連するデータを測定できます。

 

 

1. STT電流によって駆動される磁壁の動き。
搭載されたプローブと主制御システムの任意波形発生器を介して、50 ns～sレベルの矩形波をサンプルに印加し、磁壁の動きを観察し、速度を測定することができます。

 

2. STT電流と垂直磁場の共同作用による磁壁の移動。
一部の材料では、純粋に電流駆動による磁壁運動を観察することができません。このとき、本装置のμsレベルの超高速磁場パルスを電流と同期させて、垂直磁場+電流駆動による磁壁運動を観察することで、重金属/強磁性体のスピン分極率やスピン散乱低減効果など、さまざまな物理的効果を分析することができます。

 

3. 電流と面内磁場の共同作用による磁壁の移動。
ホールスピン流は面内磁場と相互作用して磁気モーメントの反転、いわゆるSOT反転を引き起こします。この装置で構成された面内磁場と電気テストシステムは、このプロセスの電気テストを実現するだけでなく、カメラと信号取得カードの同期機能を使用して、反転曲線に対応する磁区の状態をポイントごとに分析することもできます。

 

4. 輸送テストの概要。
Keithley 6221 および 2182A ソース メーターを使用すると、ホール効果、IV 特性 (抵抗率)、磁気抵抗 (MR) を測定できます。マイクロ波ソース、マイクロ波プローブ、ロックイン アンプなどを使用すると、ST-FMR および 2 次高調波テストを実行して、サンプルのスピン軌道モーメントを特性評価できます。

 

 

1.220 nm（100倍オイル浸対物レンズ）/ 450 nm（長作動距離対物レンズ、チップ互換）
2. 最大視野：1.2 mm×1 mm（5倍対物レンズ）
3. 2原子層薄膜の磁気変化を検出できます。

 

CoFeB(1.3nm)/W(0.2)/CoFeB(0.5) 薄膜中のラビリンスドメイン

 

 

任意の画像を背景として、リアルタイムの減算ノイズ画像ドリフト補正、スケールの自動追加などの機能を備えています。

 

 

 

 

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