[發明專利]一種基于永磁體實現磁場掃描的結構及方法

無效

• 申請號: 201010162487.5
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN101833072A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 吳昊;鄭厚植;章昊;朱匯
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01R33/038
• 分類號: G01R33/038
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及磁電子學技術領域，尤其涉及一種基于永磁體實現磁場掃描的結構及方法，特別適合于測量磁電子學材料的自旋相關光性質、電性質等，以及變化外加磁場會引起物理量改變的實驗應用。

背景技術

自從1988年巨磁電阻效應在鐵/鉻多層結構中被發現后，20多年來，旨在利用電子的另一內稟屬性自旋來扮演電子電荷在現代信息技術領域中類似角色的新興學科——磁電子學，無論在實驗室還是工業界都取得了令人驚異的長足發展。

在磁電子學的研究中，讓樣品處于磁場下的環境，自然是不可或缺的實驗條件；同樣重要的是，使這個磁場在一定范圍內強度以及方向可變，從而獲得物理量隨磁場變化的信息。

對摻錳砷化鎵一類的所謂稀磁半導體，由于塞曼效應的存在，能級在外加磁場下會產生分裂而具有不同的能量和自旋取向，這種能級分裂隨磁場變化有顯著的改變。

對鐵/砷化鎵一類的鐵磁金屬/半導體結構，在進行自旋注入或自旋濾波等研究時，如利用自旋發光二極管結構進行光學的自旋探測，或利用極化圓偏振光泵浦的方法進行光學的自旋注入，則在光學選擇定則的限制下，需要鐵磁金屬薄膜的磁化強度方向平行于樣品生長方向，這通常要求一個很大的磁場。并且不同磁場強度下，鐵磁金屬薄膜的磁化方向翻轉出樣品平面的程度不同。通過改變磁場強度，可以分析鐵磁金屬薄膜在此類結構中扮演的角色。

對鐵磁金屬/半導體結構，也可以通過所謂的自旋閥配置，進行磁電阻的測量，以研究自旋的注入、在半導體中的輸運，以及探測等問題。在這種配置下，鐵磁金屬薄膜通過光刻等工藝形成不同長寬比的條狀電極，這些電極的磁化強度沿長軸方向而有不同的矯頑力。改變沿長軸方向的磁場，在某個很窄的磁場區間(通常只有幾到幾十個奧斯特)，不同電極的磁化方向反平行，此時可以測到顯著的磁電阻變化。可以精確控制強度的磁場，在這里更是舉足輕重的實驗條件。

現階段，實驗室中主要是通過液氦溫度下的超導線圈，或者電磁鐵米獲取可變的磁場。對于前者，一個顯而易見的缺點是其對液氦這種價格昂貴、難以獲取的稀缺資源的依賴性；對于后者，使用者往往又不得不忍受其龐大體積、巨大功耗帶來的一系列問題。而本發明中使用的釹鐵硼永磁體，能夠全天候、無耗能地為實驗提供強磁場環境，并且擁有和電磁鐵相比微小的體積，節省了寶貴的實驗室超凈空間。然而，對于永磁體自身來說，并不能使其提供的磁場可變，這是其天生的缺點。如果能夠基于釹鐵硼永磁體，實現一種可以進行磁場掃描的實驗結構，無疑將對與磁性相關的實驗研究有很大的益處。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于永磁體實現磁場掃描的結構及方法，通過改變所使用的釹鐵硼永磁體與待測樣品間的相對距離，來改變樣品感受到的磁場強度及磁場方向。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種基于永磁體實現磁場掃描的結構，該結構包括一釹鐵硼永磁體、一一維電動平移臺及其控制器，其中釹鐵硼永磁體通過自制加工件固定在一維電動平移臺的臺面上。

上述方案中，所述釹鐵硼永磁體為一具有同心孔洞的圓柱體，孔洞中的磁場沿軸向變化，并且在軸向中心有數毫米尺度的均勻磁場區域，在該區域磁場強度達到最大。

上述方案中，所述一維電動平移臺由直線導軌、滾珠絲杠及可移動臺面構成，用以承載釹鐵硼永磁體，其分辨率為1微米，并且可編程通過步進電機控制器控制其運動。

上述方案中，該結構還包括一激光器、一物鏡、一分光平片、一攝像頭、一顯示器和一高斯計，其中該激光器和該物鏡構成入射光路，該分光平片、該攝像頭和該顯示器構成監視光路，用以觀察入射光路在高斯計探頭上的聚焦情況，以確定高斯計的位置，保證高斯計探頭的位置與之后放置的待測樣品的位置重合。

本發明還提供了一種基于永磁體實現磁場掃描的方法，該方法包括：

步驟1：調節高斯計的位置，通過該監視光路觀察，使入射光聚焦到高斯計探頭頂端，固定高斯計；

步驟2：控制該一維電動平移臺，移動該釹鐵硼永磁體，記錄每個永磁體位置下的高斯計讀數；

步驟3：移走高斯計，將待測樣品置于之前高斯計探頭的位置，從步驟2所得數據中選取合適的永磁體位置范圍，通過程序控制一維電動平移臺移動，同時進行測量，獲取測量值-磁場強度曲線。

上述方案中，放置待測樣品時，通過該監視光路觀察，使該入射光路的光聚焦到樣品表面。

(三)有益效果