[發(fā)明專利]一種基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法

有效

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• 申請日: 2019-08-15
• 公開（公告）號: CN110412490B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李彤;張志友;余天;王琦
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G01R33/10
• 分類號: G01R33/10;G01R33/032;G01R33/07
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

1.一種基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于使用的磁性測量系統(tǒng)包括發(fā)光裝置(1)、偏振態(tài)制備器(2)、電磁場產(chǎn)生裝置(3)、偏振態(tài)選擇器(4)、光電探測裝置(5)，待測樣品(11)放置于電磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的電磁場內(nèi)；由發(fā)光裝置(1)發(fā)出的光束經(jīng)偏振態(tài)制備器(2)變成偏振光入射到待測樣品表面，在待測樣品表面發(fā)生反射產(chǎn)生光自旋霍爾效應(yīng)，被反射的光經(jīng)偏振態(tài)選擇器(4)后由光電探測裝置(5)接收；所述偏振態(tài)制備器(2)出來的光的偏振態(tài)與偏振態(tài)選擇器(4)輸出光的偏振態(tài)正交；

所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法使用以上磁性測量系統(tǒng)按照以下步驟操作：

步驟1、將待測樣品按照設(shè)定方向放置于電磁場產(chǎn)生裝置的工作腔內(nèi)，在保持電磁場關(guān)閉的情況下，啟動發(fā)光裝置，由發(fā)光裝置發(fā)出的光束經(jīng)偏振態(tài)制備器變成偏振光后入射到待測樣品表面，經(jīng)樣品表面反射的光經(jīng)偏振態(tài)選擇器后被光電探測裝置接收；調(diào)節(jié)偏振態(tài)選擇器，使從偏振態(tài)制備器出來的光束偏振態(tài)與偏振態(tài)選擇器出來的光束偏振態(tài)正交，觀察到光電探測裝置出現(xiàn)兩個對稱的光斑，設(shè)置此時的整個光斑的質(zhì)心偏移量為零；

步驟2、啟動電磁場產(chǎn)生裝置，從0開始逐漸加大正向磁場強度，同時記錄在該磁場強度下對應(yīng)的光斑質(zhì)心位置的橫向偏移，直至光斑質(zhì)心位置偏移不隨磁場強度變化，然后逐漸減小磁場強度到0，再逐漸加大負(fù)向磁場強度，直至光斑質(zhì)心位置偏移不隨磁場強度變化，再逐漸減小負(fù)向磁場強度到0后，之后再次加大正向磁場強度，至達到前面正向磁場強度施加最大值，此時得到一個光斑質(zhì)心位置隨外加磁場強度變化的磁滯回線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于進一步包括步驟3、調(diào)節(jié)電磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的電磁場與待測樣品表面以及電磁場與光入射面之間的夾角，之后重復(fù)步驟2，實現(xiàn)對待測樣品的磁晶各向異性測量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于調(diào)節(jié)電磁場與待測樣品表面之間的夾角以及電磁場與光入射面夾角的實現(xiàn)方式有以下兩種：

第一種實現(xiàn)方式為：所述電磁場產(chǎn)生裝置為二維旋轉(zhuǎn)電磁鐵或3D電磁鐵，通過旋轉(zhuǎn)電磁鐵來調(diào)節(jié)電磁場與待測樣品表面以及電磁場與光入射面之間的夾角；

第二種實現(xiàn)方式為：通過調(diào)節(jié)待測樣品的放置方向來調(diào)節(jié)電磁場與樣品表面以及電磁場與光入射面之間的夾角，重新放置待測樣品后，同時重新調(diào)節(jié)偏振態(tài)選擇器和光探測裝置的位置，使從偏振態(tài)制備器出來的光束偏振態(tài)與偏振態(tài)選擇器出來的光束偏振態(tài)正交，觀察到光電探測裝置出現(xiàn)兩個對稱的光斑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于所述發(fā)光裝置(1)包括依次布設(shè)的用于提供偏振光源的光源發(fā)生器(6)、用于對由光源發(fā)生器發(fā)出的光束能量進行調(diào)節(jié)的能量調(diào)節(jié)器(7)和用于光聚焦的透鏡A(8)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于所述光源發(fā)生器(6)為激光器、激光二極管、超輻射發(fā)光二極管、白光發(fā)生器或量子光源發(fā)生器；所述能量調(diào)節(jié)器(7)為二分之一波片或四分之一波片；所述透鏡A(8)為凸透鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于所述偏振態(tài)制備器(2)和偏振態(tài)選擇器(4)均為格蘭偏振片。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于所述光電探測裝置(5)包括用于實現(xiàn)弱光探測的光電探測器(10)和位于光電探測器前、用于準(zhǔn)直的透鏡B(9)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于光自旋霍爾效應(yīng)的磁性測量方法，其特征在于所述透鏡B為凸透鏡；所述光電探測器為電荷耦合器件、光譜儀或光電倍增管。