主要功能介绍：

成像效果：

● 225 nm（100倍油浸式物镜）/450 nm（长工作距离物镜，兼容探针）

● 最大视野：1.9 mm*1.1 mm（5倍物镜）

● 能检测3个原子层薄膜的磁性变化

CoFeB(1.3 nm)/W(0.2)/CoFeB(0.5)

薄膜中的迷宫畴

图像处理：

以任意图像为背底，实时作差消噪声图像漂移校正，自动添加比例尺等功能

● CoFeB(20 nm)薄膜中，[面内磁场20 mT]驱动磁畴翻转	● W/CoFeB/MgO薄膜中的斯格明子磁泡

CoTb亚铁磁微米线中SOT驱动的磁性翻转

200 nm宽的Ta/CoFeB/MgO线中，[120 mT,5μs]磁场脉冲驱动畴壁移动

磁场探针台：

● 面内磁场：最大1 T，磁场实时探测分辨率50 µT

● 三路垂直磁铁任意切换：

   磁场1：最大1.4 T

   磁场2：最大30 mT，100 µs上升时间

   磁场3：最大磁场≥60 mT，0.5 µs上升时间

● 最多可配置4个直流/高频探针，可配置6221/2182仪表，兼容电输运测试，配置输运与次成像同步软件

其他功能：

● 分析全局或者局部（225 nm）克尔图像，获得磁滞回线

● 磁滞回线的横轴可以为面内、垂直磁场或者电流等任意激励信号

● 可配置变温系统：4.2 K-835 K温度可调

● 搭配磁电阻测量等输运测试系统和软件

● 预留各种接口，可根据实验需求自主改装

应用案例

①研究磁性材料性质

1.检测磁性材料质量

MgO(sub)/Co/Pt样品:MgO晶体衬底与Co晶格失配导致的薄膜缺陷。

质量不好磁性薄膜，磁性翻转过程中出现雪花状磁畴。

质量优良的磁性薄膜，磁畴结构均匀，边缘光滑。

2.检测缺陷位置

缺陷处，磁畴壁运动变形，形成钉扎效应。利用高分辨率物镜，可以直接观察缺陷位置（红圈）

3.自旋电子器件损伤检测

自旋电子器件中，在微加工过程中，样品边缘出现损伤，导致在磁场作用下稳定性下降，边缘首先出现翻转^[1]。

4.解析磁滞回线结果

磁光克尔显微镜由于具有空间分辨优势，可以解析磁滞回线对应的磁畴状态。如左图，由于偶极作用比各向异性占优势，样品出现自发退磁。

[1]Yu Zhang et al.Phys.Rev.Appl.9,064027(2018).

[2]Xueying Zhang et al.,Advanced Science 8,2004645(2021).

②典型应用——局部磁本征参数表征

克尔显微镜有一套表征几乎所有磁学本征参数的方法。与其它表征方法相比，最大的优势是可以进行微小区域内（220 nm）的局部性质表征，为各种磁性调控实验（如辐照、压控、光控磁）、以及性质不均一的材料表征提供了可能性。

● 局部饱和磁化强度MS表征

由于偶极作用，磁畴壁在靠近时会相互排斥。通过观察不同磁场下畴壁的距离，可以提取局部区域的饱和磁化强度MS。此方法由巴黎-萨克雷大学Nicolas Vernier教授（本公司技术顾问）在2014年首先提出并验证。与VSM测量结果得到良好吻合^[1]。

● 局部各向异性能K的表征

通过分析局域克尔图像明暗变化，可以获得磁滞回线，从而提取局部区域等效各向异性场强度。

● 海森堡交换作用常数A_ex

将样品震荡退磁，再将得到的迷宫畴图片进行傅里叶变换，能够精确得知磁畴宽度，从而提取海森堡交换作用刚度^[2]。

需要已知样品的饱和磁化强度与各向异性，可通过振动样品磁强计测量获得。

退磁状态下的薄膜材料的磁畴结构

● Dzyaloshinskii-Moriya作用（DMI）的表征

利用面内磁场和垂直磁场共同作用下的磁畴壁非对称性扩张，能够测量薄膜材料的DMI作用强度。基于此款设备的得到的成果发表在Nanoscale杂志^[3]。

[1]N.Vernier et al.,Appl.Phys.Lett.104,122404(2014).

[2]M.Yamanouchi et al.,IEEE Magn.Lett.2,3000304(2011).

[3]Anni Cao et al.,Nanoscale 10,12062(2018).

③磁畴壁动力学研究

1.磁场、电流或者其它激励下磁畴壁的移动速度测量

方法：

施加幅度为B,宽度为t的磁场/电流脉冲，在脉冲前后分别拍摄克尔图像并作差，获得畴壁移动距离d，则速度v=d/t。

备注：

有限视野范围内，超快畴壁运动的测量需要超短信号脉冲。本系统配置的μs反应速度的磁场可实现200 m/s畴壁速度的测量

10 ms方波磁场脉冲

4μs超快磁场脉冲

2.磁畴壁张力效应的观测

利用微秒级别超快磁场脉冲，可在微小样品中创造出磁泡。利用此款高分辨率克尔显微镜，首次观察到了磁畴壁在自身张力作用下的自发收缩过程[1-3]。

3.磁畴壁Hall bar处的钉扎作用

利用磁场脉冲，我们精确控制磁畴壁在纳米线中的位置。观察磁畴壁的钉扎过程并测量解钉扎磁场^[1]。

[1]Xueying Zhang et al.,Phys.Rev.Appl.9,024032(2018).

[2]Xueying Zhang et al.Nanotechnology 29,365502(2018).

[3]Anni Cao et al.,IEEE Magn.Lett.9,1(2018).

④自旋输运性质测试+成像

1.STT电流驱动的磁畴壁运动

通过配备的探针和主控系统的任意波形发生器，可向样品施加50 ns~s级别的方波，观察磁畴壁运动并测量速度。

2.STT电流与垂直磁场共同作用下的磁畴壁运动

在某些材料中，无法观测到纯电流驱动的磁畴壁运动。这时，可以利用此设备μs级别的超快磁场脉冲与电流同步，观测垂直磁场+电流共同驱动的畴壁运动，从而解析多种物理效应，如重金属/铁磁体系的自旋极化率由于自旋散射降低的效应^[1]。

微秒级精确同步的磁场和电流方波脉冲

3.电流与面内磁场共同作用下的磁畴壁运动

Hall自旋流与面内磁场共同作用，诱导磁矩翻转，即所谓的SOT翻转。本设备配置的面内磁场和电学测试系统，不但可以实现这个过程的电学测试，还可以利用相机与信号采集卡同步的功能，逐点解析翻转曲线对应的磁畴状态^[2]。

4.输运测试相关介绍

搭配吉时利6221与2182A源表，可以进行霍尔效应、I-V特性（电阻率）及磁电阻（MR）的测量。搭配微波源、微波探针与锁相放大器等，可进行ST-FMR、二次谐波测试，对样品自旋轨道矩大小进行表征。

[1]Xueying Zhang et al.,Phys.Rev.Appl.11,054041(2019).

[2]Xiaoxuan Zhao et al.,Nanotechnology 30,335707(2019).