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)

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.

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.