Сканирующий магнитополяриметрический комплекс (СМПК)

  

Институт-разработчик и название разработки
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра Российской академии наук
Краткое наименование: КФТИ КазНЦ РАН
Адрес: 420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, 10/7
тел.: (843) 272 05 03
факс: (843) 272 50 75
e-mail: phys-tech@kfti.knc.ru
www: www.kfti.knc.ru

Директор института: акад. Салихов Кев Минуллинович действует на основании Устава.
Научный руководитель: д.ф.-м.н., проф. Петухов Владимир Юрьевич.
Название разработки: Сканирующий магнитополяриметрический комплекс (СМПК)

СМПК
Краткая характеристика

СМПК предназначен для исследования распределения локальных магнитных свойств по поверхности объекта исследования путём сканирования с азимутальным вращением с одновременным получением кривых намагничивания. Объект исследования – тонкие магнитные плёнки или слои, а также отражающие ферромагнитные поверхности.

СМПК создан на базе эллипсометра ЛЭФ-3М-1. Штатные оптические элементы ЛЭФ-3М-1 на блок-схеме показаны пунктирной линией. Электронные компоненты комплекса выделены серым фоном.



СМПК(блок-схема)

Блок-схема магнитополяриметрического комплекса СМПК.

Основные технические характеристики

  • Источник оптического излучения. Гелий-неоновый лазер ЛГ-72. Длина волны 630 нм. Мощность излучения 0.5 мВт.
  • Система фокусировки лазерного излучения. Длиннофокусные (120 мм) фокусирующая и собирающая линзы. Минимальный размер фокусного пятна 50 мкм.
  • Позиционер. Ручное и автоматическое перемещение по осям X и Y с шагом 1.25 мкм. Диапазон перемещений 25 мм. Ручное перемещение по вертикальной оси Z. Автоматическое вращение вокруг вертикальной оси с шагом 0.45 градуса.
  • Виброизоляция. Магнитополяриметр установлен на металлическом основании, закреплённом на капитальных стеновых конструкциях здания.
  • Магнитная система. Двухполюсный электромагнит без магнитопровода. Межполюсное расстояние 30 мм. Возможна установка сердечников. Максимальная напряжённость магнитного поля в области образца: без сердечника — 400 Э, с сердечником — 1200 Э. Магнитную систему можно разворачивать в плоскости образца на 90 градусов.
  • Режимы измерения. Экваториальный эффект — интенсивность отражённого от поверхности образца света. Меридиональный эффект — интенсивность света, прошедшего через анализатор или угловые измерения с использованием модулятора на эффекте Фарадея (точность единичного измерения 0.5').
  • Измерение магнитного поля. Интегральный датчик Холла.
  • Закон изменения магнитного поля. Задаётся внешним управляющим напряжением от 12-ти разрядного ЦАП. Два диапазона: ±70(350) Э и ±400(1200) Э (в скобках – с незамкнутым сердечником). Два режима намагничивания образца. Статический — управляющая программа выставляет фиксированное значение тока электромагнита. Динамический — на выходе ЦАП формируется периодический сигнал треугольной или синусоидальной форм. Одному периоду изменения тока электромагнита соответствует массив из 4096 отсчётов.

Области возможного использования
Исследования в области физики поверхности, физики тонких плёнок и спинтроники. Изучение магнитной анизотропии, исследования магнитных неоднородностей, определение коэрцитивной силы, напряжённости поля анизотропии, угловой дисперсии анизотропии, коэффициента прямоугольности статической петли гистерезиса тонких магнитных плёнок или слоёв.

Степень готовности разработки к практическому применению
Научно-исследовательская установка, опытный образец. Используется в научных исследованиях в КФТИ КазНЦ РАН.

Возможный технический и/или экономический эффект от внедрения 
Сканирующий магнитополяриметр с пространственным разрешением локальных магнитных свойств (при дальнейшей доработке - до 1 мкм) по площади плёнок, в том числе в наноструктурированных слоях. Имеется возможность быстрого топографирования магнитных свойств (намагниченность, коэрцитивная сила, константы магнитной анизотропии и др.) по поверхности, что позволяет использовать установку для оперативного контроля пространственной однородности магнитных свойств в процессе получения плёнок. По сравнению с традиционными магнитометрическими методами предложенной и реализованный комплекс позволяет проводить измерения в любой точке поверхности образца. При этом объём исследуемого образца не влияет на результаты измерений.

Конкурентные преимущества разработанной установки:

  • Отсутствие подобного класса приборов на российском рынке.
  • Дешевизна установки вследствие использования оригинальных алгоритмов работы прибора и обработки информации, а также оригинальных конструкторских разработок и программного обеспечения.

В виду отсутствия на российском рынке приборов такого класса разработанный магнитополяриметрический комплекс будет востребован научными и научно-исследовательскими коллективами, занимающимися исследованиями фундаментальных и прикладных вопросов в области физики магнитных явлений. В настоящее время ряд организаций Академии наук и высшего образования городов Казани, Ижевска и Н. Новгорода уже проявили заинтересованность в проведении исследований с использованием разработанного прибора и являются потенциальными потребителями этого продукта.

Сравнительные характеристики с известными разработками
СМПК является аналогом магнитооптического магнетометра NanoMOKE Durham Magneto Optics Ltd.

Параметр

СМПК

NanoMOKE

Минимальный размер
лазерного пятна

50 мкм

3 мкм

Магнитная система

Двухполюсная, разворачивается в
плоскости образца.
Максимум 0.12 Т

Четырёхполюсная
Двухполюсный полярный магнит (опция).
Максимум 0.1 Т

XY транслятор образца

Диапазон перемещений 25 мм с точностью 5 мкм

Диапазон перемещений 25 мм с точностью 1 мкм

Вращение образца

360 градусов, с шагом 0.45 градуса

340 градусов, с шагом 0.003 градуса

Магнитооптические эффекты Керра

Меридиональный, экваториальный

Меридиональный, экваториальный. Полярный (опция).

Методики
исследования

Стандартные магнитооптические.
Методика исследования распределения
анизотропии магнитных свойств по поверхности.

Стандартные магнитооптические.

Стоимость

10 млн. руб. (ориентировочная)

60 млн. руб.