Method Article

تحسين دقة الفحص المجهري للقوة المغناطيسية والحساسية لتصور المجالات المغناطيسية النانوية

DOI:

10.3791/64180

⸱

July 20th, 2022

 ,  ,  ,  , 
1Micron School of Materials Science & Engineering, Boise State University, 2Department of Physics and Astronomy, University of Delaware, 3Center for Advanced Energy Studies

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يستخدم مجهر القوة المغناطيسية (MFM) مسبار مجهر القوة الذرية الممغنط رأسيا لقياس تضاريس العينة وشدة المجال المغناطيسي المحلي بدقة نانوية. يتطلب تحسين الدقة المكانية والحساسية ل MFM موازنة ارتفاع الرفع المتناقص مع زيادة سعة القيادة (التذبذب) ، والاستفادة من التشغيل في صندوق قفازات في جو خامل.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتيح مجهر القوة المغناطيسية (MFM) رسم خرائط للمجالات المغناطيسية المحلية عبر سطح العينة بدقة نانوية. لأداء MFM ، يتذبذب مسبار مجهر القوة الذرية (AFM) الذي تم مغنطة طرفه عموديا (أي عموديا على ناتئ المسبار) على ارتفاع ثابت فوق سطح العينة. ثم يتم تتبع التحولات الناتجة في مرحلة التذبذب أو التردد ، والتي تتناسب مع حجم وعلامة تدرج القوة المغناطيسية الرأسية في كل موقع بكسل ، ورسم خرائطها. على الرغم من أن الدقة المكانية وحساسية التقنية تزداد مع انخفاض ارتفاع الرفع فوق السطح ، فإن هذا المسار الذي يبدو مباشرا لتحسين صور MFM معقد بسبب اعتبارات مثل تقليل القطع الأثرية الطبوغرافية بسبب قوى فان دير فال قصيرة المدى ، وزيادة سعة التذبذب لزيادة تحسين الحساسية ، ووجود الملوثات السطحية (خاصة المياه بسبب الرطوبة في ظل الظروف المحيطة). بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لاتجاه عزم ثنائي القطب المغناطيسي للمسبار ، فإن MFM أكثر حساسية جوهريا للعينات ذات ناقل مغنطة خارج الطائرة. هنا ، تم الإبلاغ عن صور طبوغرافية ومغناطيسية عالية الدقة لمصفوفات الجليد المغزلي الاصطناعي ذات المغناطيس النانوي الفردي وثنائي المكون (ASI) التي تم الحصول عليها في صندوق قفازات جو خامل (الأرجون) مع <0.1 جزء في المليون O 2 و H2 O. تمت مناقشة تحسين ارتفاع الرفع وسعة المحرك للحصول على دقة وحساسية عالية مع تجنب إدخال القطع الأثرية الطبوغرافية في نفس الوقت ، والكشف عن المجالات المغناطيسية الشاردة المنبثقة من أي من طرفي مغناطيس الشريط النانوي (~ 250 نانومتر طويل وعرض <100 نانومتر) محاذاة في مستوى سطح عينة ASI. وبالمثل ، باستخدام مثال سبيكة ذاكرة الشكل المغناطيسي Ni-Mn-Ga (MSMA) ، يتم عرض MFM في جو خامل مع حساسية الطور المغناطيسي القادرة على حل سلسلة من المجالات المغناطيسية المجاورة كل ~ 200 نانومتر عرض.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتيح مجهر القوة المغناطيسية (MFM) ، وهو فحص مجهري مسبار المسح (SPM) مشتق من مجهر القوة الذرية (AFM) ، تصوير القوى المغناطيسية الضعيفة نسبيا ولكن طويلة المدى التي يتعرض لها طرف المسبار الممغنط أثناء انتقاله فوق سطح العينة1،2،3،4،5. AFM هي تقنية توصيف غير مدمرة تستخدم طرفا بمقياس نانومتر في نهاية ناتئ مرن لرسم خريطة لتضاريس السطح6 بالإضافة إلى قياس خصائص المواد (على سبيل المثال ، الميكانيكية والكهربائية والمغناطيسية)7،8،9 بدقة نانوية. يتم قياس انحراف الكابولي بسبب تفاعلات عينة الطرف ذات الأهمية عن طريق انعكاس الليزر من الجزء الخلفي من الكابولي إلى الصمام الثنائي الضوئي الحساسللموضع 10. يوفر التصوير عالي الدقة للخصائص المغناطيسية المحلية للمادة عبر MFM فرصة فريدة لتوصيف شدة المجال المغناطيسي واتجاهه في المواد والهياكل والأجهزة الجديدة على المستوىالنانوي 4،5،11،12،13،14،15،16،17 . لأداء MFM ، يتم تذبذب مسبار AFM الذي تم مغنطة طرفه عموديا (أي عموديا على ناتئ المسبار وسطح العينة) ميكانيكيا عند تردد الرنين الطبيعي على ارتفاع ثابت فوق سطح العينة. ثم يتم رصد التغيرات الناتجة في سعة التذبذب (أقل حساسية ، وبالتالي أقل شيوعا) ، أو التردد ، أو الطور (الموصوف هنا) لقياس شدة المجال المغناطيسي نوعيا. وبشكل أكثر تحديدا ، ينتج تعديل التردد MFM خريطة للتحولات في تردد أو طور التذبذب ، بما يتناسب مع حجم وعلامة تدرج القوة المغناطيسية الذي يعاني منه المسبار. من أجل الحفاظ على ارتفاع ثابت فوق العينة أثناء قياسات MFM ، يتم استخدام وضع التشغيل ثنائي التمرير عادة. يتم تعيين طبوغرافيا العينة أولا عبر تقنيات AFM القياسية ، متبوعة بتصوير MFM متداخل لكل خط مسح متسلسل على ارتفاع رفع يحدده المستخدم (عشرات إلى مئات نانومتر) عن سطح العينة. يتيح استخدام وضع اكتساب المسار المزدوج المتداخل هذا فصل تفاعلات فان دير فال قصيرة المدى لعينة الطرف المستخدمة لرسم خريطة التضاريس عن القوى المغناطيسية طويلة المدى نسبيا التي تحدث أثناء مرور وضع الرفع المتداخل. ومع ذلك ، تزداد الدقة المكانية MFM مع انخفاض ارتفاع الرفع18 ، لذلك هناك توتر متأصل بين زيادة دقة MFM وتجنب القطع الأثرية الطبوغرافية بسبب قوى فان دير فال. وبالمثل ، تتناسب حساسية MFM مع سعة التذبذب أثناء تمرير وضع الرفع ، ولكن الحد الأقصى المسموح به لسعة التذبذب محدود بارتفاع الرفع والتغيرات السريعة في تضاريس العينة (أي ميزات نسبة العرض إلى الارتفاع العالية).

سلطت الدراسات الحديثة الضوء على ثروة الفرص المرتبطة بتطبيق المغناطيسية النانوية و nanomagnonics ، التي تم تطويرها عبر هياكل الجليد المغزلي الاصطناعي (ASI) والبلورات المغنطيسية ، كأجهزة عاملة للمنطق والحساب والتشفير وتخزين البيانات19،20،21،22 . تتكون الجليدات المغزلية الاصطناعية من مغناطيسات نانوية مرتبة في تكوينات شبكية ممتدة متميزة ، وتظهر ثنائيات أقطاب مغناطيسية ناشئة أو أحاديات الأقطاب التي يمكن التحكم فيها عن طريق حافز خارجي19،20،23،24،25. بشكل عام ، تفضل ASIs تكوين العزم الذي يقلل من الطاقة (على سبيل المثال ، في ASI مربع ثنائي الأبعاد (2D) ، تشير لحظتان إلى نقطة ونقطتين من كل رأس) ، مع اتباع الحالات الدقيقة منخفضة الطاقة قواعد مماثلة لمواد الجليد المغزلي البلوري21،26،27،28 . وبالمثل ، أظهرت دراسة حديثة تدعم MFM نظاما شبكيا ثلاثي الأبعاد (3D) ASI تم إنشاؤه من دوران أرضي نادر يقع على رباعي السطوح الذي يتقاسم الزاوية ، حيث يشير دوران نحو مركز رباعي السطوح ويشير دوران ، مما ينتج عنه ثنائيا أقطاب مغناطيسية متساويان ومتعاكسان وبالتالي صافي شحنة مغناطيسية صفرية في مراكز رباعي السطوح23 . اعتمادا على محاذاة المجال المغناطيسي المطبق بالنسبة لسطح العينة ، لوحظت اختلافات كبيرة في الترتيب المغناطيسي وطول الارتباط. وبالتالي فإن محاذاة ثنائيات أقطاب ASI والتحكم فيها تستدعي مزيدا من التحقيق. وشملت طرائق قياس توزيعات المجال المغنطيسي ASI استخدام مطياف الضوضاء المغنطيسية البصرية29 أو المجهر الإلكتروني الدائري ثنائي اللون بالأشعة السينية (XMCD-PEEM)25؛ ومع ذلك ، لتحقيق استبانة مكانية تساوي أو تزيد عن MFM مع XMCD-PEEM ، يلزم وجود أطوال موجية قصيرة للغاية (أي الأشعة السينية عالية الطاقة). تقدم MFM تقنية توصيف أبسط بكثير لا تتطلب تعريض العينات للأشعة السينية عالية الطاقة التي يحتمل أن تكون ضارة. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام MFM ليس فقط لتوصيف الحالات الدقيقةASI 21،23،27 ، ولكن أيضا للكتابة المغناطيسية المدفوعة بالعيوب الطوبولوجية باستخدام أطراف العزم المغناطيسي العالي30. وبناء على ذلك ، يمكن أن تلعب MFM دورا حيويا في تعزيز البحث والتطوير في ASI ، وتحديدا من خلال قدرتها على ربط تضاريس العينة بقوة المجال المغناطيسي واتجاهه ، وبالتالي الكشف عن ثنائيات الأقطاب المغناطيسية المرتبطة بميزات طبوغرافية محددة (أي عناصر شبكة ASI).

وبالمثل ، يوفر MFM عالي الدقة نظرة ثاقبة للعلاقة بين بنية سبائك ذاكرة الشكل المغنطيسي الحديدي وخصائصها الميكانيكية المغناطيسية النانوية14،17،31،32،33. سبائك ذاكرة الشكل المغناطيسي الحديدي ، التي يشار إليها عادة باسم سبائك ذاكرة الشكل المغناطيسي (MSMAs) ، تظهر سلالات كبيرة (تصل إلى 12٪) مستحثة بالمجال المغناطيسي ، يتم حملها من خلال حركة الحدود المزدوجة29،33،34،35. تم استخدام تقنيات MFM للتحقيق في العلاقات المعقدة بين التوأمة أثناء التشوه والتحول martensitic ، والمسافة البادئة ، وتشوه الأعمدة الدقيقة ، والاستجابات المغناطيسية النانوية ل MSMAs15،16،17،36. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أنه تم دمج MFM مع المسافة البادئة النانوية لإنشاء وقراءة ذاكرة ميكانيكية مغناطيسية نانوية رباعية الحالات17. وبالمثل ، يتم متابعة تقنيات التسجيل المغناطيسي من الجيل التالي عبر التسجيل المغناطيسي بمساعدة الحرارة (HAMR) ، وتحقيق كثافات خطية تبلغ 1975 كيلو بايت لكل بوصة وكثافات جنزير تبلغ 510 كيلو طن في البوصة37. أدت الكثافة المساحية المتزايدة المطلوبة لتمكين تخزين بيانات أكبر وأكثر إحكاما إلى انخفاض كبير في درجة المسار المحددة لتقنيات HAMR ، مما يبرز الحاجة إلى تصوير MFM عالي الدقة.

بالإضافة إلى ASIs و MSMAs ، تم استخدام MFM بنجاح لتوصيف مختلف الجسيمات النانوية المغناطيسية والمصفوفات النانوية وأنواع أخرى من العينات المغناطيسية3،38،39. ومع ذلك ، فإن دقة MFM النهائية والحساسية محدودة بأشياء خارجة عن سيطرة المستخدم (على سبيل المثال ، إلكترونيات الكشف عن AFM ، وتقنية مسبار MFM ، والفيزياء الأساسية ، وما إلى ذلك) واختيار معلمات التصوير والبيئة. وفي الوقت نفسه ، تستمر أحجام الميزات في الأجهزة المغناطيسية في الانخفاضبمقدار 40,41 ، مما يخلق مجالات مغناطيسية أصغر ، مما يجعل تصوير MFM أكثر صعوبة بشكل متزايد. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم توجيه ثنائيات الأقطاب المغناطيسية ذات الأهمية دائما خارج المستوى ، بالتوازي مع ناقل المغنطة للمسبار. يتطلب التصوير عالي الدقة للحقول الشاردة المنبثقة من نهايات ثنائيات الأقطاب داخل الطائرة أو شبه المستوية ، كما هو الحال في هياكل ASI الموضحة هنا ، حساسية أكبر. وبالتالي ، فإن الحصول على صور MFM عالية الدقة ، خاصة لمثل هذه العينات الممغنطة داخل الطائرة المكونة من مجالات مغناطيسية نانوية ، يعتمد على الاختيار المناسب لمسبار MFM (على سبيل المثال ، سمك والإكراه وعزم الطلاء المغناطيسي ، والذي يمكن أن يتعارض في بعض الأحيان مع تحسين الحساسية أو الدقة الجانبية18 أو الحفاظ على المحاذاة المغناطيسية للعينة30 )، ومعلمات التصوير (على سبيل المثال، ارتفاع الرفع وسعة التذبذب، كما ذكر أعلاه، فضلا عن تقليل تآكل طلاء الطرف أثناء تصوير خط التضاريس)، وجودة العينة (على سبيل المثال، خشونة السطح والتلوث، بما في ذلك تلميع الحطام أو المياه السطحية بسبب الرطوبة المحيطة). على وجه الخصوص ، يمكن أن يؤدي وجود الماء الممتز على سطح العينة بسبب الرطوبة المحيطة إلى إدخال قوى فان دير فال القوية لعينة الطرف والتي يمكن أن تتداخل بشكل كبير مع قياس القوى المغناطيسية وتحد من الحد الأدنى لارتفاع الرفع القابل للتحقيق لقياسات MFM. يعمل تشغيل MFM داخل صندوق قفازات جو خامل على التخلص من جميع ملوثات السطح تقريبا ، مما يسمح بارتفاعات رفع أقل ودقة أعلى مقترنة بحساسية أكبر. وفقا لذلك ، في أمثلة العينة الموضحة هنا ، تم استخدام نظام AFM الموجود في صندوق قفازات خامل مخصص مملوء بالأرجون (Ar) يحتوي على <0.1 جزء في المليون من الأكسجين (O 2) والماء (H2O) لتمكين ارتفاعات رفع منخفضة للغاية (حتى 10 نانومتر). يتيح ذلك لاحقا تصويرا MFM عالي الدقة بشكل رائع قادر على حل المجالات المغناطيسية المتناوبة بعرض <200 نانومتر داخل ثنائي أقطاب بلوري ومغناطيسي أكبر (مغناطيس شريط نانوي) بعرض <100 نانومتر وطول ~ 250 نانومتر.

تشرح هذه المقالة كيفية الحصول على صور MFM عالية الدقة وعالية الحساسية من خلال الجمع بين استخدام صندوق قفازات الغلاف الجوي الخامل وإعداد العينات بعناية والاختيار الأمثل لمعلمات التصوير. تعتبر الطرق الموصوفة ذات قيمة خاصة لتصوير ثنائيات الأقطاب الموجهة داخل الطائرة ، والتي يصعب ملاحظتها تقليديا ، وبالتالي يتم تقديم صور MFM مثالية عالية الدقة لكل من بلورات Ni-Mn-Ga MSMA التي تعرض مجالات مغناطيسية نانوية متميزة داخل التوائم البلورية وعبر الحدود المزدوجة ، بالإضافة إلى صفائف ASI النانوية المغناطيسية المصنعة مع اتجاه ثنائي القطب المغناطيسي داخل الطائرة. يمكن للباحثين في مجموعة واسعة من المجالات الراغبين في التصوير MFM عالي الدقة الاستفادة بشكل كبير من استخدام البروتوكول الموضح هنا ، بالإضافة إلى مناقشة التحديات المحتملة مثل القطع الأثرية الطبوغرافية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: بالإضافة إلى البروتوكول أدناه، يتم تضمين إجراء تشغيل قياسي مفصل خطوة بخطوة (SOP) خاص بالأداة المستخدمة هنا وموجه نحو التصوير العام MFM كملف تكميلي 1. ولاستكمال جزء الفيديو من هذه المخطوطة، يتضمن الإجراء التشغيلي الموحد صورا لحامل المسبار، والممغنطة ذات الطرف الممغنط، وإجراءات المغنطة، وإعدادات البرامج، وما إلى ذلك.

1. إعداد وتركيب مسبار MFM

  1. افتح برنامج التحكم AFM وحدد مساحة عمل MFM (انظر جدول المواد).
  2. قم بتركيب مسبار AFM بطبقة مغناطيسية (على سبيل المثال ، Co-Cr ، انظر جدول المواد) على حامل مسبار مناسب (انظر جدول المواد) ، وقم بمغناطيس المسبار ، وقم بتثبيت حامل المسبار على رأس AFM.
    ملاحظة: تتطلب مجسات MFM طلاءا مغناطيسيا ؛ استخدمت المجسات المستخدمة في هذه الدراسة طلاء سبيكة الكوبالت والكروم (Co-Cr) مع إكراه اسمي يبلغ 400 Oe وعزم مغناطيسي من 1 × 10-13 EMU ، مما أدى إلى نصف قطر ~ 35 نانومتر من الانحناء لمسبار السيليكون المطلي n-doped. تتوفر مجسات ذات نصف قطر انحناء أصغر أو عزم مغناطيسي أقل أو أعلى أو إكراه ، اعتمادا على احتياجات العينة والتصوير (على سبيل المثال ، قد تكون هناك حاجة إلى مسبار لحظة منخفضة عند تصوير عينة إكراه منخفضة لتجنب قلب اتجاه مغنطة العينة عن غير قصد باستخدام المسبار ، أو على العكس من ذلك ، يمكن استخدام مسبار عالي العزم لكتابة نمط مغناطيسي18). راجع جدول المواد للحصول على قائمة واسعة ، ولكن غير شاملة ، بخيارات مسبار MFM ، مع الأخذ في الاعتبار أن الطلاء المغناطيسي الأرق سينتج عنه طرف MFM أكثر وضوحا (وبالتالي دقة مكانية محسنة) ولكن على حساب انخفاض الحساسية بسبب انخفاض العزم المغناطيسي.
    1. ضع حامل المسبار بعناية على كتلة تثبيت (انظر الشكل التكميلي S1) ، ثم قم بتحميل المسبار على حامل المسبار ، وقم بمحاذاة وتثبيت مكانه بمشبك محمل بنابض (انظر الشكل التكميلي S2). تأكد من أن المسبار مواز لجميع الحواف ولا يلمس الجزء الخلفي من قناة الحامل عن طريق فحصه تحت المجهر الضوئي. تعامل بلطف مع المسبار حسب الضرورة مع زوج من الملقط.
      ملاحظة: يمكن أن يؤدي التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) إلى إتلاف الطلاء المعدني على مسبار MFM و / أو إلكترونيات AFM الحساسة ، لذا احرص على تفريغ أي تراكم ثابت قبل المناولة وفكر في ارتداء قفازات مضادة ل ESD و / أو استخدام حزام معصم أو حصيرة تأريض اعتمادا على الظروف البيئية (على سبيل المثال ، الرطوبة النسبية).
    2. قم بجذب المسبار عموديا (أي عموديا على ناتئ المسبار) باستخدام مغناطيس دائم قوي (انظر جدول المواد) لبضع ثوان (~ 2-5) بحيث يكون اتجاه ثنائي القطب المغناطيسي لطرف المسبار عموديا على العينة.
      ملاحظة: كمرجع ، فإن ممغنط المسبار المستخدم هنا (انظر جدول المواد والشكل التكميلي S3) لديه إكراه ~ 2000 Oe وهو مصمم بحيث تتناسب العلبة مع حامل المسبار ، مع توجيه المغناطيس بحيث يتم محاذاة لحظته المغناطيسية بالتوازي مع طرف المسبار وعموديا على الكابولي.
    3. قم بإزالة رأس AFM بعناية. قم بتثبيت المسبار وحامل المسبار عن طريق محاذاة الثقوب الموجودة على حامل المسبار مع دبابيس التلامس الموجودة على الرأس. أعد تثبيت الرأس على AFM وثبته في مكانه. مرة أخرى ، كن حذرا لأن ESD يمكن أن يتلف المسبار أو إلكترونيات AFM الحساسة.
  3. قم بمحاذاة الليزر على مركز ناتئ مسبار MFM وفي الكاشف الحساس للموضع (PSD).
    1. للحصول على الحساسية المثلى ، قم بمحاذاة الليزر الموجود على الجزء الخلفي من الكابولي مع الموقع المقابل لارتداد الطرف من الطرف البعيد للناتئ.
    2. قم بزيادة إشارة المجموع على PSD مع تقليل الانحرافات اليسرى / اليمنى وأعلى / لأسفل لتوسيط شعاع الليزر المنعكس على الكاشف. اضبط إشارات انحراف الليزر X و Y بالقرب من الصفر قدر الإمكان للحصول على أقصى نطاق انحراف يمكن اكتشافه لإنتاج جهد خرج يتناسب مع انحراف الكابولي.

2. إعداد العينات وتركيبها

  1. ضع العينة فوق منفذ تفريغ ظرف AFM. تجنب استخدام حامل عينة مغناطيسي ، لأن ذلك قد يؤثر على العينة و / أو يتداخل مع قياس MFM. قم بتشغيل مكنسة ظرف الظرف لتأمين العينة في مرحلة AFM.
    1. قم بتأمين العينة جيدا للتصوير لتجنب إدخال الضوضاء بسبب اهتزازات العينة النانوية. إذا تعذر تشكيل ختم محكم الإغلاق بين قاعدة العينة ومنفذ تفريغ مرحلة AFM ، فقم بتثبيت العينة على قرص معدني (انظر جدول المواد) أو شريحة مجهر زجاجي باستخدام مادة لاصقة مناسبة للربط.
    2. تأكد من أن العينة سلسة قدر الإمكان ، من الناحية المثالية مع خشونة سطح مقياس نانومتر وخالية من الحطام (على سبيل المثال ، مركب التلميع المتبقي في حالة عينة سبيكة معدنية مثل البلورة المفردة Ni-Mn-Ga) ، لتمكين ارتفاعات رفع منخفضة تؤدي إلى دقة عالية وحساسية تصوير MFM (انظر المناقشة).

3. الإعداد الأولي ونهج العينة

  1. بالعودة إلى برنامج التحكم AFM (مساحة عمل MFM) ، قم بمحاذاة الشعيرات المتصالبة داخل عرض المجهر الضوئي ليتم وضعها فوق الجزء الخلفي من ناتئ مسبار MFM حيث يوجد الطرف ، باستخدام انتكاسة الطرف المعروفة بناء على المسبار المحدد.
  2. ضع مرحلة AFM والعينة بحيث تكون منطقة الاهتمام (ROI) أسفل طرف AFM مباشرة. اخفض رأس AFM حتى يتم التركيز على سطح العينة في العرض البصري. احرص على عدم اصطدام المسبار بسطح العينة ، فقد يؤدي ذلك إلى تلف المسبار و / أو العينة.
    ملاحظة: يوفر برنامج التحكم AFM المستخدم هنا خيارين للتركيز البؤري: نموذج (افتراضي) وانعكاس طرف. يستخدم الخيار الافتراضي بعدا بؤريا 1 مم ، مما يعني أن ناتئ AFM سيكون ~ 1 مم فوق السطح عندما يظهر السطح في التركيز في العرض البصري. يستخدم وضع انعكاس الطرف بعدا بؤريا يبلغ 2 مم ، لذلك سيظهر السطح في بؤرة التركيز عندما يكون ناتئ AFM ~ 2 مم فوق السطح ، بينما سيظهر انعكاس الطرف في التركيز عندما يكون الكابولي ~ 1 مم فوق السطح (في حالة سطح عينة عاكس). الطريقة المقترحة للاقتراب من السطح هي البدء في وضع انعكاس الطرف والاقتراب بأقصى سرعة (100٪) حتى يتم التركيز على سطح العينة ، ثم التبديل إلى العينة (افتراضي ) والاقتراب بسرعة متوسطة (20٪) حتى يتم التركيز على السطح مرة أخرى.

4. التصوير الطبوغرافي (الخط الرئيسي)

ملاحظة: يفترض البروتوكول الموضح أدناه استخدام وضع الاتصال المتقطع (النقر) للتصوير الطبوغرافي.

  1. قم بإجراء نغمة ناتئة عن طريق اختيار ترددات البداية والنهاية التي ستجتاح تردد محرك بيزو dither عبر منطقة تم اختيارها لتمتد على تردد الرنين المتوقع للمسبار المحدد (على سبيل المثال ، 50-100 كيلو هرتز لمسبار مع الاسمية f0 = 75 كيلو هرتز).
  2. اعتمادا على نظام AFM المعين والبرامج المستخدمة (انظر جدول المواد) ، استخدم ميزة الضبط التلقائي بنقرة واحدة لأتمتة الخطوات أدناه بناء على القيم الاسمية المعروفة لنوع المسبار المختار.
    ملاحظة: يتضمن ضبط الكابولي تحديد تردد الرنين الطبيعي وضبط سعة محرك الأقراص (عند هذا التردد أو بالقرب منه) بحيث يتذبذب الكابولي عند سعة مستهدفة مناسبة (بالنانومتر).
    1. اختر تردد محرك لنغمة ناتئ الخط الرئيسي التي يتم إزاحتها إلى تردد أقل قليلا من ذروة الرنين (~ 5٪ انخفاض في السعة من الذروة) للتعويض عن التحولات في تردد الرنين بسبب تغيير تفاعلات عينة الطرف أثناء نهج عينة الطرف.
    2. اختر سعة محرك الأقراص التي ينتج عنها سعة مستهدفة تتوافق مع تذبذب ناتئ ~ 50 نانومتر (سعة ~ 500 مللي فولت على PSD لنظام AFM ومسبار MFM المستخدم هنا ، انظر جدول المواد) كنقطة انطلاق جيدة.
      ملاحظة: لتحويل إشارة انحراف الصمام الثنائي الضوئي المقاسة (بالمللي فولت أو الخامس) إلى سعة تذبذب (بالنانومتر) يتطلب معرفة حساسية انحراف المسبار الاسمي أو المقاس.
    3. اختر نقطة ضبط السعة المقابلة ل ~ 0.8x من السعة المستهدفة للمساحة الحرة (أي ~ 40 نانومتر لسعة مساحة حرة تبلغ 50 نانومتر) كنقطة انطلاق جيدة للتصوير الطبوغرافي.
      ملاحظة: ستؤدي نقطة ضبط السعة الأعلى إلى تعشيق ألطف ولكنها ستزيد من احتمالية حدوث اشتباك خاطئ (على سبيل المثال ، يعتقد الجهاز / البرنامج خطأ أن المسبار يعمل على السطح بسبب انخفاض طفيف في سعة التذبذب الناشئة عن التقلبات العشوائية / القوى العابرة التي تعمل على الكابولي). على العكس من ذلك ، فإن نقطة ضبط السعة المنخفضة تقلل من احتمال الاشتباك الخاطئ ، ولكن على حساب احتمال زيادة تآكل الطرف أو تلف العينة عند الاشتباك.
  3. انخرط على سطح العينة واضبط حجم المسح المطلوب اعتمادا على العينة والميزات ذات الأهمية (عادة ما بين <1 ميكرومتر إلى عشرات ميكرومتر في X و Y).
  4. قم بزيادة نقطة ضبط السعة بزيادات من 1-2 نانومتر حتى يفقد الطرف الاتصال بسطح العينة ، كما يتضح من خطوط التتبع والتتبع التي تفشل في تتبع بعضها البعض في قناة مستشعر الارتفاع. بعد ذلك ، قم بتقليل نقطة ضبط السعة بمقدار ~ 2-4 نانومتر بحيث يكون الطرف ملامسا لسطح العينة.
    ملاحظة: سيساعد ما سبق على تقليل قوة تفاعل عينة الطرف ، وبالتالي الحفاظ على العينة ، وإطالة عمر طرف المسبار ، وتحسين أداء MFM عن طريق تقليل تآكل الطرف ، ولا سيما الفقدان المبكر للطلاء المغناطيسي ، بالإضافة إلى إمكانية إدخال القطع الأثرية في التضاريس و / أو صور المرحلة المغناطيسية.
  5. قم بتحسين المكاسب النسبية (P) والمتكاملة (I) عن طريق ضبطها بحيث تكون عالية بما يكفي لإجبار نظام التغذية المرتدة على تتبع تضاريس سطح العينة مع تقليل الضوضاء. للقيام بذلك ، قم بزيادة المكاسب حتى تبدأ الضوضاء في الظهور في قناة الخطأ ، ثم تراجع قليلا. عادة ما يكون النظام أكثر حساسية لمكاسب I من كسب P.

5. تصوير MFM (تمرير وضع الرفع المعشق)

  1. بمجرد تحسين معلمات التصوير الطبوغرافي AFM ، اسحب مسافة قصيرة (≥200 نانومتر) من السطح وارجع إلى قائمة ضبط المسبار. قم بإجراء نغمة ناتئ ثانية لاستخدامها للحصول على خط MFM لوضع الرفع المعشق ، مع التأكد من إلغاء ربط نتائج هذه النغمة بمعلمات الخط الرئيسي السابقة.
    1. على عكس إزاحة الذروة بنسبة 5٪ المستخدمة لنغمة الخط الرئيسي (الطبوغرافيا) في الخطوة 4.2.1 ، بالنسبة لنغمة وضع الرفع المتداخل (MFM) ، اضبط إزاحة الذروة على 0٪ (أي قم بقيادة المسبار بتردد رنين الفضاء الحر الطبيعي أثناء مرور MFM المشبك ، لأن المسبار سوف يتأرجح خارج المنطقة حيث يتم الشعور بقوى فان دير فال الكهروستاتيكية الجذابة أو البغيضة). اختر ترددات البداية والنهاية التي ستجتاح تردد محرك الأقراص عبر منطقة تمتد على تردد الرنين للمسبار ، على غرار الخطوة 4.1.
    2. اضبط سعة هدف وضع الرفع المتداخل (أو محرك الأقراص) لتكون أقل قليلا من سعة هدف الخط الرئيسي (أو محرك الأقراص) المحددة في الخطوة 4.2.2 (على سبيل المثال ، سعة الهدف ~ 45 نانومتر لتمرير MFM لوضع الرفع المتداخل في حالة استخدام سعة هدف 50 نانومتر للخط الرئيسي للتضاريس). سيمكن ذلك من تصوير MFM عالي الحساسية دون ضرب السطح (أي إنشاء قطع أثرية طبوغرافية أو طفرات طورية) عند استخدام ارتفاعات رفع منخفضة للحصول على دقة جانبية مثالية.
  2. اترك نافذة ضبط الكابولي ، وأعد التعشيق على السطح ، وقم بتحسين معلمات التصوير MFM.
    1. اضبط ارتفاع مسح الرفع الأولي (تمرير MFM المعشق) على 25 نانومتر ، ثم قلل تدريجيا بزيادات ~ 2-5 نانومتر. بمجرد أن يبدأ المسبار في ضرب السطح فقط ، ستظهر طفرات حادة في قناة طور MFM ؛ قم بزيادة ارتفاع المسح على الفور بمقدار ~ 2-5 نانومتر للحفاظ على طرف المسبار ومنع إدخال القطع الأثرية الطبوغرافية.
    2. قم بزيادة سعة محرك التداخل بزيادات صغيرة تتوافق مع ~ 2-5 نانومتر في سعة تذبذب التشذير حتى تتجاوز سعة محرك التداخل سعة محرك الخط الرئيسي ، أو يبدأ المسبار في الاتصال بالسطح كما يتضح من المسامير في قناة طور MFM. بعد ذلك ، قم بتقليل سعة محرك التشذير قليلا (المقابلة لزيادات ~ 1-2 نانومتر) بحيث لا تظهر أي طفرات في قناة طور MFM.
    3. استمر في تحسين ارتفاع المسح الضوئي للرفع وسعة محرك التشذير بشكل متكرر عن طريق الضبط بزيادات أصغر تدريجيا حتى يتم الحصول على صورة MFM عالية الدقة خالية من القطع الأثرية الطبوغرافية.
      1. نظرا لأن تفاعلات فان دير فال المسؤولة عن القطع الأثرية الطبوغرافية تنخفض بسرعة أكبر بكثير مع المسافة من القوى المغناطيسية طويلة المدى المطلوبة ، لتقييم أصل الميزات في صورة الطور المغناطيسي MFM ، تحقق من اعتماد ارتفاع الرفع لهذه الميزات. تميل القطع الأثرية الطبوغرافية إلى الاختفاء (الظهور) فجأة مع زيادات (نقصان) صغيرة في ارتفاع الرفع ، في حين أن استجابات الطور المغناطيسي الحقيقية ستتغير تدريجيا (على سبيل المثال ، ستتحسن الدقة والإشارة إلى الضوضاء مع انخفاض ارتفاع الرفع).
      2. وبالمثل ، إذا لوحظت تغييرات في محاذاة العزم المغناطيسي لعينات الإكراه المنخفضة عند المسح المتكرر ، فقد يكون هذا مؤشرا على التبديل الناجم عن الطرف والذي سيتطلب استخدام مسبار لحظة منخفضة (انظر جدول المواد) وارتفاعات رفع أعلى محتملة أيضا.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

شبكات الجليد المغزلي الاصطناعي (ASI)
الجليد المغزلي الاصطناعي عبارة عن شبكات ثنائية الأبعاد محددة حجريا من المغناطيسات النانوية المتفاعلة. إنهم يظهرون الإحباط حسب التصميم (أي وجود العديد من الحدود الدنيا المحلية في مشهد الطاقة)21،42،43. يوفر تصوير MFM عالي الدقة لتوضيح التكوينات والتفاعلات المغناطيسية بين مكونات الصفيف فرصة فريدة لفهم حالة الجليد المغزلي للشبكة21 بشكل أفضل. تم تحضير شب...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتطلب التصوير عالي الدقة MFM الحصول أولا على مسح طبوغرافي عالي الدقة وعالي الدقة لكل سطر. عادة ما يتم الحصول على هذا المسح الطبوغرافي من خلال الاتصال المتقطع أو وضع النقر AFM ، والذي يستخدم نظام تغذية مرتدة لتعديل السعة لتصوير طبوغرافياعينة 47. يمكن تحسين دقة المسح الطبوغرافي عن طريق ضبط نقطة ضبط السعة للناتئ ومكاسب التغذية المرتدة كما هو موضح في البروتوكول. تعد نقطة ضبط السعة أمرا بالغ الأهمية ، لأنها تتحكم في درجة التفاعل بين طرف المسبار وسطح العينة. غالبا ما تؤدي نقطة الضبط المنخفضة جدا إلى تلف...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم إجراء جميع صور AFM / MFM في مختبر علوم السطح بجامعة ولاية بويز (SSL). تم شراء نظام glovebox AFM المستخدم في هذا العمل بموجب رقم 1727026 منحة أجهزة البحث الرئيسية لمؤسسة العلوم الوطنية (NSF MRI) ، والتي قدمت أيضا دعما جزئيا ل PHD و ACP و OOM. تم توفير الدعم الجزئي ل OOM بشكل أكبر من خلال منحة NSF CAREER رقم 1945650. تم دعم الأبحاث في جامعة ديلاوير ، بما في ذلك التصنيع والتوصيف المجهري الإلكتروني لهياكل الجليد المغزلي الاصطناعي ، من قبل وزارة الطاقة الأمريكية ، مكتب علوم الطاقة الأساسية ، قسم علوم وهندسة المواد بموجب جائزة DE-SC0020308. يشكر المؤلفون الدكتور Medha Veligatla و Peter Müllner على المناقشات المفيدة وإعداد عينات Ni-Mn-Ga الموضحة هنا ، وكذلك الدكتور Corey Efaw و Lance Patten لمساهماتهم في إجراءات التشغيل القياسية MFM بما في ذلك في الملف التكميلي 1.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

يستخدم

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
ميكروسكوب القوة الذريةBrukerDimensionIcon برنامج التحكم في Nanoscope
Glovebox ، والغلاف الجوي الخاملMBraunLabMaster Pro MB200B + MB20G وحدة تنقية الغاز MBraun LabMaster Pro MB200B + MB20Gتصميم مخصص (التغذية الكهربائية المانعة للتسرب ، وعزل الاهتزاز ، والضوضاء الصوتية وتقليل تيار الهواء ، وما إلى ذلك) والعمق للاستخدام مع Bruker Dimension Icon AFM ، 3 قفازات ، مسبار MFM للجو الأرجون
BrukerMESP< م > ك < / م > = 3 نيوتن / م ، < م > و < > 0 < / فرعي >< / م > = 75 كيلو هرتز ، < م > ص < م > = 35 نانومتر ، 400 إكراه Oe ، 1 × 10 < سوب > -13 < / سوب > لحظة الاتحاد الاقتصادي والنقدي. يتوفر الآن إصدار محسن بمواصفات أكثر صرامة ، وهو MESP-V2. لقد استخدمنا أيضا MESP-RC من Bruker (تردد رنين أعلى بمرتين من MESP القياسي ، f0< / sub>< / em> = 150 كيلو هرتز ، مع ثابت زنبركي اسمي أكثر صلابة بشكل هامشي يبلغ 5 نيوتن / م) ومتغيرات MESP الأخرى المصممة للحظة منخفضة (0.3 × 10 -13< / sup> EMU) أو عالية (3 × 10-13< / sup> EMU) ( أي MESP-LM أو MESP-HM ، على التوالي) أو الإكراه. تتوفر حزمة متنوعة من 10 مجسات تحتوي على 4x MESP العادي و 3x MESP-LM و 3x MESP-HM من Bruker باسم MESPSP. يقوم البائعون الآخرون أيضا بتصنيع مجسات MFM بمواصفات مشابهة ل MESP (على سبيل المثال ، PPP-MFMR من أجهزة الاستشعار النانوية ، وهي متوفرة أيضا في مجموعة متنوعة من المتغيرات ، بما في ذلك -LC للإكراه المنخفض ، و -LM لللحظة المنخفضة ، و SSS لنصف قطر الطرف المخفض "فائق الحدة" ؛ MAGT من AppNano ، متوفر في متغيرات العزم المنخفض [-LM] والعزم العالي [-HM]). وبالمثل ، يقدم فريق Nanotec مجموعة من مجسات MFM عالية الدقة (HR-MFM) مع العديد من الخيارات من حيث ثابت زنبرك الكابولي وسمك الطلاء المغناطيسي.
عينة اختبار MFMقسم BrukerMFMSAMPLEمن شريط التسجيل المغناطيسي المثبت على قرص فولاذي بقطر 12 مم ؛ مفيد لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها وضمان أن مسبار MFM ممغنط ويعمل بشكل صحيح
Nanscope AnalysisBrukerالإصدار 2.0حزمة برامج معالجة وتحليل الصور AFM المجانية ، ولكنها مملوكة ومصممة وتقتصر على Bruker AFMs ؛ وظائف مماثلة متاحة مجانا ، حزم برامج معالجة وتحليل صور AFM المستقلة عن النظام الأساسي مثل Gwyddion و WSxM وغيرها
من حامل المسبارBrukerDAFMCH أو DCHNMخاص ب AFM المعين المستخدم ؛ DAFMCH هو حامل مسبار وضع الاتصال والتنصت القياسي ، وهو مناسب لمعظم تطبيقات MFM ، في حين أن DCHNM هو إصدار خاص غير مغناطيسي لتصوير MFM الحساس بشكل خاص
مسبار المغناطةBrukerDMFM-STARTMFM "مجموعة المبتدئين" المصممة خصيصا ل Dimension Icon AFM ؛ يتضمن 1 صندوق من 10 مجسات MESP (انظر أعلاه) ، مغنط مسبار (محاذاة رأسيا ، ~ 2,000 مغناطيس Oe في حامل مصمم لاستيعاب حامل مسبار DAFMCH أو DCHNM ، أعلاه) ، وعينة شريط مغناطيسي (MFMSAMPLE ، أعلاه)
عينة PuckTed Pella16218رقم المنتج هو عفريت عينة من الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 15 مم. متوفر أيضا بأقطار 6 مم و 10 مم و 12 مم و 20 مم في https://www.tedpella.com/AFM_html/AFM.aspx#anchor842459
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)معلمات Zeiss MerlinGemini IISEM: جهد تسارع 5 كيلو فولت ، تيار إلكترون 30 كيلو باسكال ، مسافة عمل 5 مم. نظرا لميزات شبكة ASI بمقياس نانومتر ، تم تعديل محاذاة الفتحة والوصمة قبل الاستحواذ لإنتاج صور عالية الجودة.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Martin, Y., Wickramasinghe, H. K. Magnetic imaging by ''force microscopy'' with 1000 Å resolution. Applied Physics Letters. 50 (20), 1455-1457 (1987).
  2. Grütter, P., Mamin, H. J., Rugar, D. Scanning Tunneling Microscopy II: Further Applications and Related Scanning Techniques. Wiesendanger, R., Guntherodt, H. -J. , Springer. Berlin Heidelberg. 151-207 (1992).
  3. Hartmann, U. Magnetic force microscopy. Annual Review of Materials Science. 29 (1), 53-87 (1999).
  4. Abelmann, L., vanden Bos, A., Lodder, C. Magnetic Microscopy of Nanostructures. Hopster, H., Oepen, H. P. , Springer. Berlin Heidelberg. 253-283 (2005).
  5. Abelmann, L. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition). Lindon, J. C., Tranter, G. E., Koppenaal, D. W. , Academic Press. 675-684 (2017).
  6. Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. Atomic force microscope. Physical Review Letters. 56 (9), 930-933 (1986).
  7. Eaton, P., West, P. Atomic Force Microscopy. , Oxford University Press. (2010).
  8. Garcia, R. Nanomechanical mapping of soft materials with the atomic force microscope: methods, theory and applications. Chemical Society Reviews. 49 (16), 5850-5884 (2020).
  9. Zhang, H., et al. Atomic force microscopy for two-dimensional materials: A tutorial review. Optics Communications. 406, 3-17 (2018).
  10. Jagtap, R., Ambre, A. Overview literature on atomic force microscopy (AFM): Basics and its important applications for polymer characterization. Indian Journal of Engineering & Materials Sciences. 13, 368-384 (2006).
  11. Rugar, D., et al. Magnetic force microscopy: General principles and application to longitudinal recording media. Journal of Applied Physics. 68 (3), 1169-1183 (1990).
  12. Ladak, S., Read, D., Perkins, G., Cohen, L., Branford, W. Direct observation of magnetic monopole defects in an artificial spin-ice system. Nature Physics. 6 (5), 359-363 (2010).
  13. Porro, J., Bedoya-Pinto, A., Berger, A., Vavassori, P. Exploring thermally induced states in square artificial spin-ice arrays. New Journal of Physics. 15 (5), 055012(2013).
  14. Davis, P. H., et al. Localized deformation in Ni-Mn-Ga single crystals. Journal of Applied Physics. 123 (21), 215102(2018).
  15. Reinhold, M., Kiener, D., Knowlton, W. B., Dehm, G., Müllner, P. Deformation twinning in Ni-Mn-Ga micropillars with 10M martensite. Journal of Applied Physics. 106 (5), 053906(2009).
  16. Reinhold, M., Watson, C., Knowlton, W. B., Müllner, P. Transformation twinning of Ni-Mn-Ga characterized with temperature-controlled atomic force microscopy. Journal of Applied Physics. 107 (11), 113501(2010).
  17. Watson, C. S., Hollar, C., Anderson, K., Knowlton, W. B., Müllner, P. Magnetomechanical four-state memory. Advanced Functional Materials. 23 (32), 3995-4001 (2013).
  18. Al-Khafaji, M. A., Rainforth, W. M., Gibbs, M. R. J., Bishop, J. E. L., Davies, H. A. The effect of tip type and scan height on magnetic domain images obtained by MFM. IEEE Transactions on Magnetics. 32 (5), 4138-4140 (1996).
  19. Kaffash, M. T., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Nanomagnonics with artificial spin ice. Physics Letters A. 402, 127364(2021).
  20. Skjærvø, S. H., Marrows, C. H., Stamps, R. L., Heyderman, L. J. Advances in artificial spin ice. Nature Reviews Physics. 2 (1), 13-28 (2020).
  21. Wang, R., et al. Artificial 'spin ice' in a geometrically frustrated lattice of nanoscale ferromagnetic islands. Nature. 439 (7074), 303-306 (2006).
  22. Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Magnetization dynamics in artificial spin ice. Journal of Physics: Condensed Matter. 32 (1), 013001(2019).
  23. May, A., et al. Magnetic charge propagation upon a 3D artificial spin-ice. Nature Communications. 12 (1), 3217(2021).
  24. Gliga, S., Iacocca, E., Heinonen, O. G. Dynamics of reconfigurable artificial spin ice: Toward magnonic functional materials. APL Materials. 8 (4), 040911(2020).
  25. Sklenar, J., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Solid State Physics. Stamps, R. L., Schultheiß, H. 70, Academic Press. 171-235 (2019).
  26. Nisoli, C., Moessner, R., Schiffer, P. Colloquium: Artificial spin ice: Designing and imaging magnetic frustration. Reviews of Modern Physics. 85 (4), 1473(2013).
  27. Zhang, X., et al. Understanding thermal annealing of artificial spin ice. APL Materials. 7 (11), 111112(2019).
  28. Lendinez, S., Kaffash, M. T., Jungfleisch, M. B. Emergent spin dynamics enabled by lattice interactions in a bicomponent artificial spin ice. Nano Letters. 21 (5), 1921-1927 (2021).
  29. Goryca, M., et al. Magnetic-field-dependent thermodynamic properties of square and quadrupolar artificial spin ice. Physical Review B. 105 (9), 094406(2022).
  30. Gartside, J. C., et al. Realization of ground state in artificial kagome spin ice via topological defect-driven magnetic writing. Nature Nanotechnology. 13 (1), 53-58 (2018).
  31. Straka, L., Fekete, L., Heczko, O. Antiphase boundaries in bulk Ni-Mn-Ga Heusler alloy observed by magnetic force microscopy. Applied Physics Letters. 113 (17), 172901(2018).
  32. Straka, L., Fekete, L., Rameš, M., Belas, E., Heczko, O. Magnetic coercivity control by heat treatment in Heusler Ni-Mn-Ga (-B) single crystals. Acta Materialia. 169, 109-121 (2019).
  33. Sozinov, A., Lanska, N., Soroka, A., Zou, W. 12% magnetic field-induced strain in Ni-Mn-Ga-based non-modulated martensite. Applied Physics Letters. 102 (2), 021902(2013).
  34. Ullakko, K., Huang, J., Kantner, C., O'Handley, R., Kokorin, V. Large magnetic-field-induced strains in Ni2MnGa single crystals. Applied Physics Letters. 69 (13), 1966-1968 (1996).
  35. Heczko, O. Magnetic shape memory effect and highly mobile twin boundaries. Materials Science and Technology. 30 (13), 1559-1578 (2014).
  36. Niklasch, D., Maier, H., Karaman, I. Design and application of a mechanical load frame for in situ investigation of ferromagnetic shape memory alloys by magnetic force microscopy. Review of Scientific Instruments. 79 (11), 113701(2008).
  37. Wu, A. Q., et al. HAMR areal density demonstration of 1+ Tbpsi on spinstand. IEEE Transactions on Magnetics. 49 (2), 779-782 (2013).
  38. Sifford, J., Walsh, K. J., Tong, S., Bao, G., Agarwal, G. Indirect magnetic force microscopy. Nanoscale Advances. 1 (6), 2348-2355 (2019).
  39. Koblischka, M., Hartmann, U. Recent advances in magnetic force microscopy. Ultramicroscopy. 97 (1-4), 103-112 (2003).
  40. Kief, M., Victora, R. Materials for heat-assisted magnetic recording. MRS Bulletin. 43 (2), 87-92 (2018).
  41. Kautzky, M. C., Blaber, M. G. Materials for heat-assisted magnetic recording heads. MRS Bulletin. 43 (2), 100-105 (2018).
  42. Jungfleisch, M., et al. Dynamic response of an artificial square spin ice. Physical Review B. 93 (10), 100401(2016).
  43. Heyderman, L. J., Stamps, R. L. Artificial ferroic systems: novel functionality from structure, interactions and dynamics. Journal of Physics: Condensed Matter. 25 (36), 363201(2013).
  44. Kaffash, M. T., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Tailoring ferromagnetic resonance in bicomponent artificial spin ices. 2021 IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Communications and Electronic Systems (COMCAS). , 500-503 (2021).
  45. Lai, Y., et al. Absence of magnetic domain wall motion during magnetic field induced twin boundary motion in bulk magnetic shape memory alloys. Applied Physics Letters. 90 (19), 192504(2007).
  46. Venkateswaran, S., Nuhfer, N., De Graef, M. Magnetic domain memory in multiferroic Ni2MnGa. Acta Materialia. 55 (16), 5419-5427 (2007).
  47. Garcia, R., San Paulo, A. Attractive and repulsive tip-sample interaction regimes in tapping-mode atomic force microscopy. Physical Review B. 60 (7), 4961(1999).
  48. Thormann, E., Pettersson, T., Kettle, J., Claesson, P. M. Probing material properties of polymeric surface layers with tapping mode AFM: Which cantilever spring constant, tapping amplitude and amplitude set point gives good image contrast and minimal surface damage. Ultramicroscopy. 110 (4), 313-319 (2010).
  49. Xue, B., Yan, Y., Hu, Z., Zhao, X. Study on effects of scan parameters on the image quality and tip wear in AFM tapping mode. Scanning: The Journal of Scanning Microscopies. 36 (2), 263-269 (2014).
  50. Hon, K., et al. Numerical simulation of artificial spin ice for reservoir computing. Applied Physics Express. 14 (3), 033001(2021).
  51. Jensen, J. H., Folven, E., Tufte, G. Computation in artificial spin ice. ALIFE 2018: The 2018 Conference on Artificial Life. , MIT Press. 15-22 (2018).
  52. Barker, S., Rhoads, E., Lindquist, P., Vreugdenhil, M., Müllner, P. Magnetic shape memory micropump for submicroliter intracranial drug delivery in rats. Journal of Medical Devices. 10 (4), (2016).
  53. Gartside, J. C., et al. Reconfigurable training and reservoir computing in an artificial spin-vortex ice via spin-wave fingerprinting. Nature Nanotechnology. 17 (5), 406-469 (2022).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Magnetic Force MicroscopyMFM ResolutionNanoscale Magnetic DomainsAtomic Force MicroscopyLift Height OptimizationMagnetic Phase ImagingArtificial Spin IceSpin Wave ComputingMagnetic Shape Memory AlloyTopographical Artifacts

Related Articles