تحسين دقة الفحص المجهري للقوة المغناطيسية والحساسية لتصور المجالات المغناطيسية النانوية

يستخدم مجهر القوة المغناطيسية ، أو MFM ، مسبار مجهر القوة الذرية الممغنط رأسيا لقياس تضاريس العينة وشدة المجال المغناطيسي المحلي بدقة نانوية. من خلال موازنة ارتفاع الرفع المتناقص مع زيادة سعة القيادة أو التذبذب ، يمكن تحسين الدقة المكانية والحساسية MFM. تعتمد تطبيقات الحوسبة ذات الموجات المغزلية للجليد المغزلي الاصطناعي على معرفة قوام مغنطة العناصر النانوية لأنها تحدد الاستجابة المغنونية.

يتيح MFM عالي الدقة تحديد حالات المغنطة العالمية الجليدية. ستوضح أوليفيا ماريون الإجراء ، طالبة الدكتوراه الحالية في علوم وهندسة المواد في جامعة ولاية بويز ، وهي باحثة جامعية سابقة في AFM لمختبري. للبدء ، افتح برنامج التحكم AFM وحدد مساحة عمل MFM ضمن فئة ومجموعة تجربة أوضاع الرفع المغناطيسي الكهربائي.

قم بتركيب مسبار AFM بطبقة مغناطيسية على حامل مسبار مناسب عن طريق وضع حامل المسبار بعناية على كتلة تثبيت ، ثم تحميل المسبار على حامل المسبار ، ومحاذاة المسبار وتثبيته في مكانه بمشبك محمل بنابض. 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.

قم بجذب المسبار عموديا باستخدام مغناطيس قوي ودائم لمدة 2 إلى 5 ثوان بحيث يكون اتجاه ثنائي القطب المغناطيسي لطرف المسبار عموديا على العينة. قم بإزالة رأس AFM بعناية مع الحرص على تفريغ أي تراكم إلكتروستاتيكي عن طريق لمس حاوية AFM. قم بتثبيت المسبار وحامل المسبار عن طريق محاذاة الثقوب الموجودة على حامل المسبار مع دبابيس التلامس الموجودة على الرأس.

أعد تثبيت الرأس على AFM وقم بتثبيته في مكانه. قم بمحاذاة الليزر في مركز ناتئ مسبار MFM وفي الكاشف الحساس للموضع. للحصول على الحساسية المثلى ، قم بمحاذاة الليزر الموجود على الجزء الخلفي من الكابولي مع الموقع المقابل لارتداد الطرف من الطرف البعيد للناتئ.

قم بزيادة إشارة المجموع على PSD مع تقليل الانحرافات من اليسار إلى اليمين والانحرافات من أعلى إلى أسفل لتوسيط شعاع الليزر المنعكس على الكاشف. 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. ارجع إلى برنامج التحكم AFM ، وانتقل إلى الإعداد وحدد نوع المسبار المختار. ضع الكابولي في بؤرة التركيز وقم بمحاذاة الشعيرات المتصالبة داخل عرض المجهر الضوئي ليتم وضعه فوق الجزء الخلفي من ناتئ مسبار MFM حيث يوجد الطرف باستخدام انتكاسة الطرف المعروفة بناء على المسبار المحدد.

افتح نافذة التنقل وضع مرحلة AFM والعينة بحيث تكون المنطقة محل الاهتمام أسفل طرف AFM مباشرة. اخفض رأس AFM حتى يتم التركيز على سطح العينة في العرض البصري. ارجع إلى الإعداد ، وحدد الضبط اليدوي ، وقم بإجراء نغمة ناتئة عن طريق اختيار ترددات البداية والنهاية التي ستجتاح تردد محرك بيزو عبر منطقة تم اختيارها لتمتد على تردد الرنين المتوقع للمسبار المحدد.

اختر إزاحة تردد محرك الأقراص والسعة المستهدفة. ثم قم بضبط الكابولي واضبط نقطة ضبط السعة المطلوبة. قم بإشراك سطح العينة واضبط حجم المسح المطلوب اعتمادا على العينة والميزات التي تهمك.

قم بزيادة نقطة ضبط السعة بزيادات من واحد إلى اثنين نانومتر حتى يفقد الطرف الاتصال بسطح العينة كما يتضح من خطوط التتبع والتتبع التي تفشل في تتبع بعضها البعض في قناة مستشعر الارتفاع. ثم قم بتقليل نقطة ضبط السعة بمقدار اثنين إلى أربعة نانومتر بحيث يكون الطرف ملامسا لسطح العينة. قم بتحسين المكاسب النسبية والمتكاملة عن طريق ضبطها بحيث تكون عالية بما يكفي لإجبار نظام التغذية المرتدة على تتبع تضاريس سطح العينة مع تقليل الضوضاء.

بمجرد تحسين معلمات التصوير الطبوغرافي AFM ، اسحب مسافة قصيرة 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. في ضبط وضع الرفع المعشق ، اضبط إزاحة الذروة على 0٪اختر ترددات البداية والنهاية التي ستجتاح التردد الجاف عبر منطقة تمتد على تردد الرنين للمسبار.

اضبط السعة المستهدفة لوضع الرفع المتداخل لتكون أقل قليلا من سعة هدف الخط الرئيسي. سيمكن ذلك من تصوير MFM عالي الحساسية دون ضرب السطح عند استخدام ارتفاعات الرفع المنخفضة للحصول على دقة جانبية مثالية. اترك نافذة ضبط الكابولي لإعادة التعشيق على السطح.

لتحسين معلمات التصوير ، اضبط ارتفاع مسح الرفع الأولي على 25 نانومتر ، ثم قلل تدريجيا بزيادات من 2 إلى 5 نانومتر. بمجرد أن يبدأ المسبار في ضرب السطح ، قم بزيادة ارتفاع المسح على الفور للحفاظ على طرف المسبار ومنع إدخال القطع الأثرية الطبوغرافية. قم بزيادة سعة محرك الأقراص بزيادات صغيرة تقابل من 2 إلى 5 نانومتر في سعة التذبذب حتى تتجاوز سعة محرك التشذير سعة محرك الخط الرئيسي أو يبدأ المسبار في الاتصال بالسطح.

ثم قم بتقليل سعة محرك الأقراص قليلا بحيث لا تظهر أي طفرات في قناة طور MFM. استمر في تحسين ارتفاع المسح الضوئي للرفع وسعة القيادة بشكل متكرر عن طريق الضبط بزيادات أصغر تدريجيا حتى يتم الحصول على صورة MFM عالية الدقة خالية من القطع الأثرية الطبوغرافية. يستخدم مجهر القوة المغناطيسية لتصوير الحدود المزدوجة وتتبع حركتها استجابة لمجال أو قوة مغناطيسية مطبقة.

تظهر صور الطور المغناطيسي لعينة النيكل والمنغنيز والغاليوم المصقولة أحادية البلورة الاتجاه المغناطيسي المميز للدرج عبر الحدود التوأم. تظهر صورة المرحلة المغناطيسية المتراكبة كجلد ملون أعلى تضاريس 3D للعينة الاتجاه الطويل للمجالات المغناطيسية التي تتحول إلى الميزات الطبوغرافية. يستفيد تحسين الدقة المكانية والحساسية MFM من العمل في صندوق قفازات خامل في الغلاف الجوي ويتطلب موازنة انخفاض ارتفاع الرفع مع زيادة سعة القيادة أو التذبذب.

تعد MFM عالية الدقة والحساسية العالية أمرا بالغ الأهمية لدراسة تكوينات المغنطة الأساسية في حالات الجليد المغزلي الاصطناعي ويمكن أن تؤدي أيضا إلى تطوير مجال الحوسبة ذات الموجات المغزلية سريع التطور.