磁光克尔效应(MOKE)成像

图1：光学(断层扫描)成像(左)与磁光克尔效应(MOKE)成像(右)的对比。每个正方形的尺寸为25 µm，图像使用50倍显微镜目标和Prime BSI Express sCMOS相机获取。

背景

Alejandro Silhanek教授领导纳米结构材料实验物理研究小组，该小组专注于磁性、超导和混合材料的研究。这既包括通过电子束光刻进行的制备，也包括通过磁光成像进行的材料表征，特别是利用磁光克尔效应(MOKE)进行的磁畴成像。

博士后研究员埃米尔·福尔诺博士描述了他的工作：“当你在微观尺度下工作时，磁畴的排列方式对于理解材料的宏观行为至关重要，并且会影响其潜在的技术应用。为了理解这一点，你需要观察磁畴及其排列方式。然而，在这种微观尺度下，光学信号可能非常微弱，因此需要最先进的仪器才能捕捉到如此微小的信号。”

“我们正在使用磁光克尔显微镜来可视化微米或纳米结构中的磁畴。除了磁性材料，我们还研究超导体，并利用法拉第效应观察磁场穿透材料的过程，即磁场如何穿透并从超导体中逸出。”

挑战

弗诺博士解释了他在这一研究领域面临的成像挑战：“我们正在通过一系列呈交叉配置的偏振器/分析器进行成像，因此到达相机的光强度非常低，而由克尔效应产生的对比度仅为探测光强度的0.1%或0.01%。为了获得高质量的图像，必须使用灵敏度高且噪声低的相机。我们之前的CCD相机噪声太大，导致图像模糊且颗粒感强。”

另一个挑战在于我们的装置安装在低温恒温器上，额外的窗口会导致光偏振减弱，而低温泵产生的振动会引入更多噪声。此外，我们的目标是在极低温度下对几原子层厚的薄膜进行成像，这意味着我们接收到的信号几乎微乎其微。为了克服这些挑战，我们需要一款具有极高信噪比的相机。

在这一应用中，灵敏度至关重要，需要一款同时具备高信号收集能力和低噪声水平的相机。

解决方案

Prime BSI Express sCMOS 相机为这一应用提供了理想的解决方案，其量子效率接近完美，达到 95%，且读出噪声极低。

弗诺博士向我们讲述了他使用相机的经历：“有了这款全新的CMOS Prime BSI Express相机，其克尔效应对比度的视觉效果比我们之前的CCD相机提升了约10倍;现在我们能够提取信号并获得高质量图像，这对于科学验证我们的主张至关重要。以前我们根本看不到任何信号，而现在有了Prime BSI，我们距离发表研究成果已经很近了。”

“各项指标都得到了提升：分辨率、位深和采集时间。使用这款相机，我们获取良好信号的速度比以前快了100倍。另外非常有意思的一点是，它具备通过Python脚本控制相机的能力。相机的设置非常简单，客户支持文档也很清晰，我们很快就实现了预期目标。”