Center for Hybrid Nanostructures
Universität Hamburg
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Magneto-Optischer-Kerr-Effekt (MOKE)

Zur Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von ultradünnen Filmen eignet sich besonders der Magneto-Optische Kerr Effekt (MOKE) aufgrund seiner großen Oberflächensensitivität. Mit ihm kann das Magnetisierungsverhalten von Filmen mit einer genauigkeit, die nur Bruchteile einer Monolage entsprechen, bestimmt werden.

Die Probe wird mit linear polarisiertem Licht bestrahlt. Durch die Wechselwirkung des Lichtstrahls mit der Magnetisierung der Probe wird die Polaristionsrichtungum einen kleinen Winkel gedreht. Die Drehung ist proportional zur Magnetisierung der Probe ist und erlaubt z.B. die Messung des Magnetisierungsverhaltens als Funktion eines äußeren Feldes oder die Messung der magnetischen Antwort auf kleine Störfelder (Suszeptibilität). Mit den von uns verwendeten statischen Ellipsometern kann diese Drehung der Polarisationsrichtung auf ca 2 μrad genau gemessen werden, was dem Signal der Magnetisierung von wenigen Prozent einer Monolage Kobalt auf Gold(111) entspricht.

In unserer Gruppe werden mehrere MOKE-Aufbauten, die verschieden spezialisert sind, verwendet:

Luft-MOKE

Hier können Proben ex-situ in sehr hohen Feldern (1 T) untersucht werden. Da der Magnet bei feststehendem optischen Aufbau um die Probe rotiert werden kann, kann sowohl der polare als auch der longitudinale Kerr-Effekt zur Untersuchung des Magnetiserungsverhaltens benutzt werden. Der verwendete HeNe-Laser hat einen Strahldurchmesser von 800 μm.

Mikro-MOKE

Zur Untersuchung von kleineren Strukturen oder Feldern von Strukturen mittels des longitudinalen Kerr-Effekts, ist in diesem Aufbau der Laser auf 50μm fokussiert. Dies ermöglicht Messungen mit einer Empfindlichkeit von 2 μrad. Die Probe kann um ihre Flächennormale rotiert werden, wodurch eine winkelaufgelöste Bestimmung der magnetischen Eigenschaften möglich ist. Die Probe kann unter dem Laserstrahl durch eine MicroStage mit einer Positioniergenauigkeit von 1 μm bewegt werden.

UHV-MOKE

Mit diesem Aufbau können Proben, die nur wenige Monolagen dick sind im UHV in-situ charakterisiert werden. Der Aufbau umfasst eine Präparationskammer, in der epitaktische Filme sowie Mikro- und Nanostrukturen erzeugt werden können. Die spezielle MOKE-Kammer (Messkammer) befindet sich zwischen den Polschuhen eines Magneten, sodass am Probenort ein Magnetfeld von 300 mT erzeugt werden kann. Der optische Aufbau ist räumlich fest, während der Magnet um die Probe um die Probe rotiert werden kann. Das ermöglicht die Untersuchung des polaren und longitudinalen Kerr-Effekts derselben Position auf der Probe. Die Fokussierung des Diodenlasers auf der Probe beträgt etwa 60μm. Die Probe ist mit einer Positioniergenauigkeit von 5 μm durch Mikromanipulatoren verfahrbar.