Магнитооптическое исследование поверхности (149924)

Посмотреть архив целиком





Ярославский государственный университет

 

 

 

 

 

 

 




 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 3АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

 

 _ 2МАГНИТООПТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ

 

 

 

 

 

студент группы Ф-21

Папорков И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 1Ярославль, 1998

.


- 1 -

 

 2ВВЕДЕНИЕ

 

В данной работе обсуждается конкретное применение автоматизиро-

ванной системы в реальном научном исследовании - магнитооптическом

исследовании структуры доменных границ ферритов-гранатов.

Монокристаллические пленки ферритов-гранатов с осью легкого на-

магничивания, расположенной перпендикулярно поверхности, в настоящее

время широко используются в системах магнитной записи информации на

цилиндрических магнитных доменах. Быстродействие и надежность этих

устройств во многом зависят от динамических свойств цилиндрических

магнитных доменов, возможности управления их движением, что определя-

ется, в основном, структурой доменных границ. Исследования доменных

границ материалов с цилиндрическими магнитными доменами дали очень

много важных теоретических и экспериментальных результатов, которые

существенно улучшили понимание физики доменных границ. Важнейшим из

них является открытие структурных элементов доменных границ: верти-

кальных и горизонтальных блоховских линий, и определение их влияния на

динамику доменных границ. Успехи в изучении микроструктуры доменных

границ, достигнутые в последние два десятилетия, позволили выдвинуть

идею использования для кодировки информации не цилиндрические магнит-

ные домены, а находящиеся внутри доменных границ гораздо меньшие мик-

рообъекты - вертикальные блоховские линии. Огромное значение этой идеи

заключается в возможности повышения на несколько порядков емкости до-

менных запоминающих устройств при использовании отработанной техноло-

гии, применяемой при изготовлении запоминающих устройств на цилиндри-

ческих магнитных доменах.

Для получения субмикронных цилиндрических магнитных доменов при-

меняют пленки толщиной  7` 0 1 мкм; роль поверхности в формировании струк-

туры доменных границ и ее свойств при этом возрастает, что стимулирует


 

- 2 -

 

исследования структуры и динамических свойств доменных границ в припо-

верхностных областях.

Наиболее эффективным методом исследования локальных магнитных ха-

рактеристик на поверхности ферромагнитного образца является магнитооп-

тический метод микронного разрешения, который широко используется для

изучения отдельных доменов, доменных границ, их структуры. Возможности

применения магнитооптических методов тесно связаны со степенью изучен-

ности соответствующих магнитооптических эффектов, уровнем эксперимен-

тальной техники, совершенством методики исследования.

Целью научной работы было исследование структуры доменных границ

ферритов-гранатов на поверхности образца с помощью магнитооптических

эффектов Фарадея и Керра, изучение процессов намагничевания доменных

границ; дальнейшее экспериментальное и теоретическое развитие динами-

ческой методики исследования доменных границ.

 

 

 2ПОСТРОЕНИЕ АСНИ

 

Рассмотрим конфигурацию нашей АСНИ (рис. 1):

 ┌1

 

 

 

 

 

 

 

 

 1рис. 1

.


- 3 -

 

Об ЭВМ, устройстве связи и измерительной аппаратуре см. "Состав-

ные части АСНИ", п.II.

Приводится схема упрощенной экспериментальной установки на основе

магнитооптического микромагнетометра (используется только экваториаль-

ный магнитооптический эффект Керра). Сущность явления, изучаемого в

эксперименте: при изменении величины магнитного поля, приложенного к

поверхности объекта, меняется коэффициент отражения поверхности.

 ┌2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1рис. 2

Луч света от источника 1 (в качестве источника - галогенная лампа

в кварцевом стекле), проходя через коллиматор 2, попадает в контроль-

ный анализатор интенсивности 3 (фотоэлемент, пропускающий большую

часть светового потока дальше), который нужен для поддержания постоян-

ной светимости источника (малейшее отклонение от контрольного уровня

приведет к большим погрешностям в результатах); сигнал от контрольного

анализатора интенсивности идет на вход АЦП; при изменении показателя

анализатора управляющая программа (см. "Составные части АСНИ",

п.III.2) через ЦАП изменяет светимость источника, добиваясь строго

.


- 4 -

 

постоянной светимости; т. о. в АСНИ осуществляется обратная связь.

После анализатора 3 луч, проходя через светофильтр 4 и поляризатор 5,

попадает в микроскоп 6 (для удобства на рис. 2 показан лишь объектив

микроскопа); в фокальной плоскости объектива расположен объект иссле-

дования 7, к которому приложено магнитное поле B; величина B меняется

экспериментатором через ЦАП. И наконец, луч попадает в фотоэлемент 8,

сигнал с которого идет на вход АЦП; чем больше коэффициент отражения

поверхности 7, тем больший фототок возникает в фотоэлементе 8. Подлож-

ка 9 фотоэлемента соединена с шаговым двигателем, который смещает фо-

тоэлемент в плоскости, параллельной поверхности исследуемого объекта.

Использование микроскопа позволяет при шаге двигателя  7` 0 1 мм добиться

шага сканирования поверхности объекта порядка длины волны.

Для каждой точки поверхности изучается зависимость фототока i от

величины магнитной индукции B (рис. 3).

 ┌3 0 Т.к. изменение коэффициента отра-

жения весьма незначительно (отношение  7D 0i

к среднему значению i 40  0составляет  7`

10 5-3 0, т.е. масштаб на рис. 3 для удобс-

тва не соблюден), то любые, самые незна-

чительные шумы оказывают огромное влия-

ние на единичное измерение; поэтому в

 1рис. 3 0 АСНИ применена первичная статистическая

обработка данных - т.к. шумы есть слу-

чайный процесс, то после большого числа суммирований отдельных измере-

ний они пропадут. Количество измерений в серии определяется погреш-

ностью, задаваемой экспериментатором (как только экспериментальная

кривая в пределах вышеупомянутой погрешности совпадет с "теоретичес-

кой" кривой, вид которой также задается экспериментатором, шаговый

двигатель смещается на следующую точку).

.


- 5 -

 

Зависимость  7D 0i от B представляет собой петлю гистерезиса (рис.4):

 ┌4 0 Значит, мы можем определить та-

кие величины, как коэрцитивная сила,

намагниченность насыщения, остаточная

намагниченность. Эти параметры опре-

деляют магнитные характеристики по-

верхности образца. Результаты удобно

представить в виде трехмерного графи-

 1рис. 4 0 ка зависимости коэрцитивной силы или

намагниченности насыщения от коорди-

нат поверхности x,y. В реальной работе это не делалось из-за недоста-

точной мощности вычислительной техники (для каждой точки поверхности

необходимо записать и обработать большое количество серий, каждая из

которых состоит из  7` 01000 измерений, а таких точек поверхности - огром-

ное число).

В настоящее время, используя мощную ЭВМ, можно значительно уско-

рить процесс накопления, обработки и представления данных; сам экспе-

римент займет меньше времени, т.к. перед переходом к следующей точке

система ожидает, пока ЭВМ запишет полученные данные и проведет их пер-

вичную обработку.

Результатом данного эксперимента является так называемый магнит-

ный портрет поверхности.

Следует отметить, что научная работа состояла из множества раз-

личных экспериментов, но применение АСНИ позволило типизировать обра-

ботку данных в каждом из них; АСНИ без существенных изменений была

применена также в экспериментах с использованием магнитооптического

эффекта Фарадея и меридианного эффекта Керра.

Результаты, полученные в данной работе с использованием АСНИ, су-

щественно расширили представления о структуре доменных границ на по-


 

- 6 -

 

верхности образца, процессах их намагничивания; они могут быть исполь-

зованы для развития теории доменных границ, а также при решении задач,






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.