Laurea Magistrale in Fisica Corso di Laboratorio di Fisica - a.a. 2012/13 Proposta di esperienza di laboratorio Effetto Kerr magneto-ottico (MOKE) Proponente:

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1 Laurea Magistrale in Fisica Corso di Laboratorio di Fisica - a.a. 2012/13 Proposta di esperienza di laboratorio Effetto Kerr magneto-ottico (MOKE) Proponente: Prof. Corrado de Lisio

2 Sommario EffettoEffetto Kerr magneto-ottico DescrizioneDescrizione dell’esperimento ConoscenzeConoscenze ImpegnoImpegno richiesto

3 Effetto Kerr magneto-ottico (MOKE) Si consideri una Si consideri una superficie riflettente non magnetizzata Consideriamo Consideriamo un’onda polarizzata linearmente incidente su di essa Se la polarizzazione è ortogonale al piano di incidenza Se la polarizzazione è ortogonale al piano di incidenza (pol. “s”), dopo la riflessione l’onda mantiene lo stesso stato di polarizzazione

4 Effetto Kerr magneto-ottico (MOKE) Su un campione viene Su un campione viene indotta una magnetizzazione M M è // alla superficie M è // alla superficie del campione ed al piano di Incidenza (MOKE longitudinale) Un’onda polarizzata linearmente “s”, dopo la riflessione Un’onda polarizzata linearmente “s”, dopo la riflessione si trasforma in un’onda polarizzata ellitticamente e con l’asse maggiore ruotato rispetto alla polarizzazione iniziale M

5 Effetto Kerr magneto-ottico (MOKE)

6 In generale, sia la rotazione,  K, che l’ellitticità,  K, indotte sull’onda riflessa sono  M In generale, sia la rotazione,  K, che l’ellitticità,  K, indotte sull’onda riflessa sono  M Misurando  K o  K  M al variare del campo esterno H, si possono ricostruire i cicli di isteresi del materiale (grafici M vs. H) e determinarne le proprietà magnetiche locali Misurando  K o  K  M al variare del campo esterno H, si possono ricostruire i cicli di isteresi del materiale (grafici M vs. H) e determinarne le proprietà magnetiche locali  K e  K sono molto piccoli (10 -3  10 -4 rad)  K e  K sono molto piccoli (10 -3  10 -4 rad) Necessarie tecniche di modulazione Necessarie tecniche di modulazione Modulatore foto-elastico Modulatore foto-elastico Analizzatore di polarizzazione + rivelatore Analizzatore di polarizzazione + rivelatore Amplificatore lock-in Amplificatore lock-in

7 Campioni da caratterizzare (film) Campioni da caratterizzare (film) Ferro (con uno strato protettivo di CaF 2 ) Ferro (con uno strato protettivo di CaF 2 ) Materiale “soft”: si magnetizza con campi esterni molto piccoli (  1 mT) Materiale “soft”: si magnetizza con campi esterni molto piccoli (  1 mT) Isotropo Isotropo LSMO LSMO Anisotropo: asse “easy” ed asse “hard” Anisotropo: asse “easy” ed asse “hard” Fe/BaFeCoAs Fe/BaFeCoAs Diversi spessori di (BaFeCoAs) Diversi spessori di (BaFeCoAs) Effetto del Fe sulle proprietà magnetiche di (BaFeCoAs) Effetto del Fe sulle proprietà magnetiche di (BaFeCoAs)

8 Apparato sperimentale I

9 Apparato sperimentale II

10 Analisi dati

11

12 Hysteresis loop along Fe film’s. Fe crystallizes in a body-centered cubic system. It exhibits typical cubic magnetocrystalline anisotropy in the plane. Magnetocrystalline anisotropy MgO Fe CaF 2 20nm LSMO STO 70nm Hysteresis loop along LSMO film’s easy magnetization axis (0°) and hard magnetization axis (90°). LSMO crystallizes in a trigonal system. It exhibits a typical uniassic magnetocrystalline anisotropy. Analisi dati

13 Hysteresis loop along SmCo film’s easy magnetization axis (0°) and hard magnetization axis (90°). Analisi dati

14 Exchange bias in the hysteresis loop in a MgO/FeCaF 2 film

15 Strumentazione e tecniche impiegate Laser He-Ne, CW, potenza: 10 mW, = 633 nm;Laser He-Ne, CW, potenza: 10 mW, = 633 nm; Componenti ottici (polarizzatori, lamine, …)Componenti ottici (polarizzatori, lamine, …) Bobine di Helmoltz + alimentatori + sonda HallBobine di Helmoltz + alimentatori + sonda Hall Modulatore foto-elastico (PEM)Modulatore foto-elastico (PEM) Rivelatore: fotodiodo (ponte a diodi)Rivelatore: fotodiodo (ponte a diodi) Amplificatore lock-inAmplificatore lock-in Oscilloscopio digitaleOscilloscopio digitale Strumentazione per acquisizione dati e controllo da computer (LabView)Strumentazione per acquisizione dati e controllo da computer (LabView) Elaborazione dei dati (Microcal Origin)Elaborazione dei dati (Microcal Origin)

16 Conoscenze richieste OtticaOttica Geometrica e ondulatoriaGeometrica e ondulatoria (opto-elettronica)(opto-elettronica) Strumentazione elettronicaStrumentazione elettronica (Interfacciamento)(Interfacciamento) Oscilloscopio digitaleOscilloscopio digitale Rivelatori di radiazione (PD)Rivelatori di radiazione (PD) (Amplificatore lock-in)(Amplificatore lock-in) StatisticaStatistica Informatica/calcoloInformatica/calcolo LabViewLabView Microcal OriginMicrocal Origin

17 Impegno richiesto Circa 40 h:Circa 40 h: 4 h: introduzione alle problematiche 4 h: introduzione alle problematiche 2 h: guida alle norme di sicurezza 2 h: guida alle norme di sicurezza 4 h: familiarizzazione con la strumentazione e le tecniche di misura 4 h: familiarizzazione con la strumentazione e le tecniche di misura 20 h: realizzazione delle misure 20 h: realizzazione delle misure 10 h: analisi dei dati 10 h: analisi dei dati