• 5

Работа 57. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ПЛЕНКИ ПРИ ПОМОЩИ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА КЕРРА

Принадлежности: оптическая скамья с шарнирным соединением и набором рейтеров, ртутная лампа ДРШ-250, коллиматор, две поляризационные призмы во вращающихся оправах, измерительный микроскоп, катушки Гельмгольца на вращающейся стойке, ферромагнитная пленка из железоникелевого сплава, реостат, амперметр, ключи, милливольтметр.

Под магнитооптическим эффектом Керра понимают изменение поляризации света при отражении от намагниченного зеркала. На

 

Рис. 167. По­лярное намаг­ничение.

 

Рис. 168. Мери­диональное на­магничение.

 

Рис. 169. Эква­ториальное на­магничение.

рис. 167, 168 и 169 изображены три основных случая такого отра­жений. В первом случае вектор намагничения J перпендикулярен поверхности зеркала (полярное намагничение). Во втором случае

вектор намагничения параллелен поверхности зеркала и лежит в плоскости падения (меридиональное намагничение), а в третьем случае параллелен поверхности зеркала и перпендикулярен пло­скости падения (экваториальное намагничение).

Во всех этих трех случаях плоскость поляризации отраженного света поворачивается по отношению к плоскости поляризации па­дающего. Угол поворота а пропорционален намагниченности и зависит от ее знака (он зависит, кроме того, от угла падения):

a = kJ, (1)

где J — намагниченность, k — так называемая постоянная Керра.

Эффект Керра в обычных условиях очень мал, и угол а состав­ляет несколько угловых минут, даже если зеркало намагничено до насыщения.

В предлагаемой работе магнитооптический эффект Керра исполь­зуется для исследования доменной структуры ферромагнитной пленки, изготовленной из железоникелевого сплава. Пленка очень тонка (около 1000 А) и не может быть намагничена в направлении, перпендикулярном ее поверхности (размагничивающий фактор в этом направлении очень велик). Структура тонкой намагниченной пленки оказывается двумерной, и границы между доменами прохо­дят пленку насквозь. Векторы намагничения доменов лежат в пло­скости пленки и ориентированы так, что в отсутствие внешнего поля компенсируют друг друга.

Меридиональный или экваториальный эффект Керра позволяет визуально наблюдать доменную структуру. Пленка освежается поляризованным светом и наблюдается через анализатор, скрещен­ный с поляризатором. Величина и знак поворота плоскости поля­ризации отраженного света зависит от направления намагниченности домена (все они намагничены до насыщения и отличаются друг от друга только направлением намагниченности). При наблюдений сквозь анализатор они кажутся по-разному освещенными. Магни­тооптический эффект Керра позволяет, таким образом, видеть гра­ницы доменов. Он позволяет также определять направление намаг­ниченности, наблюдая за смещением границ и за скачками Барк­гаузена, происходящими в изменяющемся магнитном поле.

Описание установки. Схема устройства установки приведена на рис. 170.

Оптическая скамья состоит из двух отрезков, шарнирно соеди­ненных друг с другом. На них установлен источник света 1 (ртут­ная лампа высокого давления ДРШ-250), коллиматор 2, поляри­затор 5, анализатор 4 и измерительный микроскоп 5. Ферромагнит­ная пленка 6 расположена на оси шарнирного соединения и может вращаться в оправе. Намагничивание пленки производится при помощи катушек Гельмгольца 7, которые через потенциометр П питаются от источника постоянного напряжения. Направление тока

в катушках изменяется ключом /Сх. Ток контролируется ампер­метром Л. Катушки Гельмгольца могут вращаться вокруг оси шар­нирного соединения.

Магнитная пленка получена в вакууме путем конденсации паров железоникелевого сплава на хорошо очищенную стеклянную подложку. Испарение металла производилось с раскаленного воль­фрамового испарителя. После напыления ферромагнитной пленки на ее поверхность был тем же методом нанесен слой диэлектрического покрытия (моноокись кремния SiO). Этот слой защищает поверх­ность металла от повреждений и окисления. Напыление магнитной пленки производилось в присутствии внешнего одно­родного магнитного поля, направленного вдоль пло­скости стеклянной под­ложки. Опыт показывает, что при таком напылении направление магнитного поля оказывается для плен­ки осью легкого намагни­чивания, Это направление сохраняется и после при­готовления образца. Обра­зец представляет собой стеклянную пластинку, на которой ясно видно напы­ленное пятно диаметром около 1 см. Направление оси легкой намагниченности отмечено на подложке пленки двумя точками.

Измерения. 1. Исследуйте зависимость напряженности поля в месте расположения образца от тока, питающего катушки Гельм­гольца. Для этого снимите оправу с пленкой и измерьте напряжен­ность поля при разных значениях тока в катушках при помощи милливеберметра (см. работу 36).

Постройте график зависимости # = //(/). График должен иметь вид прямой линии.

2.         При помощи специального пускового устройства зажгите ртутную лампу. В целях безопасности лампа помещена в защит­ный кожух.

По истечении пяти минут в лампе устанавливается стабильный режим горения и интенсивность испускаемого света становится по­стоянной. Это время необходимо выждать.

3.         Настройте коллиматор, следя за тем, чтобы пучок лучей был по возможности параллелен.

4.         Установите образец так, чтобы угол падёния составлял около 60°. Отраженный луч должен проходить через анализатор и попадать

 

Рис. 170. Схема экспериментальной уста­новки.

в микроскоп. Добиться этого можно поворотом второго отрезка- оптической скамьи вокруг шарнирного соединения.

5.         В нашей установке используется меридиональный эффект Керра. Поэтому ось легкого намагничения пленки нужно располо­жить в плоскости падения света.

6.         Отрегулируйте положение катушек Гельмгольца так, чтобы плоскости катушек были перпендикулярны направлению оси лег­кого намагничения. В этом случае внешнее поле будет параллельно направлению легкого намагничения и доменная структура оказы­вается наиболее простой.

7.         Сфокусируйте микроскоп на поверхность пленки. Микроскоп должен иметь (5 -s- 10)-кратное увеличение.

8.         Вращением поляризатора и анализатора добейтесь максималь­ного затемнения поля зрения.

9.         Плавно увеличивайте ток в катушках Гельмгольца ц наблю­дайте за появлением и ростом доменов. Легкими поворотами ана­лизатора добейтесь наибольшего контраста. В процессе наблюдения зарисуйте доменные картины, соответствующие различным значе­ниям поля. Проведите наблюдение при возрастании и убывании поля, а также при изменении знака поля, т. е. пройдите всю кри­вую гистерезиса образца. Отметьте значение поля, при котором границы между доменами смещаются особенно быстро.

10.       Объясните, почему зарождение доменов, намагниченность которых противоположна намагничению всей пленки, начинается преимущественно вблизи краев пленки. Как по Вашим данным можно хотя бы приближенно построить кривую гистерезиса? Оце­ните значение коэрцитивной силы и напряженности внешнего поля, соответствующего насыщению образца.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я