Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

אופטימיזציה של רזולוציה ורגישות מיקרוסקופית כוח מגנטי כדי להמחיש תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי

Published: July 20, 2022 doi: 10.3791/64180
Automatic Translation
*1, *1, 2, 2, 1,3
1Micron School of Materials Science & Engineering, Boise State University, 2Department of Physics and Astronomy, University of Delaware, 3Center for Advanced Energy Studies
* These authors contributed equally

Summary

מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM) משתמשת בגשושית מיקרוסקופיית כוח אטומי ממוגנטת אנכית למדידת טופוגרפיה של דגימות ועוצמת שדה מגנטי מקומי ברזולוציה ננומטרית. מיטוב הרזולוציה והרגישות המרחבית של MFM דורש איזון בין הקטנת גובה ההרמה לבין משרעת הנעה (תנודות) גוברת, ויתרונות מפעולה בתא כפפות אטמוספירה אינרטי.

Abstract

מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM) מאפשרת מיפוי שדות מגנטיים מקומיים על פני משטח דגימה ברזולוציה ננומטרית. כדי לבצע MFM, גשושית מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) שהקצה שלה ממוגנט אנכית (כלומר, בניצב לתותח הגשושית) מתנדנדת בגובה קבוע מעל פני השטח של הדגימה. לאחר מכן מתבצע מעקב אחר התזוזות המתקבלות בשלב או בתדר התנודה, שהן פרופורציונליות לגודל ולסימן של גרדיאנט הכוח המגנטי האנכי בכל מיקום פיקסלים. למרות שהרזולוציה והרגישות המרחבית של הטכניקה גדלות עם ירידה בגובה ההרמה מעל פני השטח, נתיב פשוט לכאורה זה לתמונות MFM משופרות מסובך על ידי שיקולים כגון מזעור ממצאים טופוגרפיים עקב כוחות ואן דר ואלס בעלי טווח קצר יותר, הגדלת משרעת התנודות כדי לשפר עוד יותר את הרגישות, ונוכחות מזהמים על פני השטח (בפרט מים עקב לחות בתנאי הסביבה). בנוסף, בשל הכיוון של מומנט הדיפול המגנטי של הגשושית, MFM רגישה יותר במהותה לדגימות עם וקטור מגנטיזציה מחוץ למישור. כאן מדווחות תמונות טופוגרפיות ופאזה מגנטית ברזולוציה גבוהה של מערכי ספין-קרח מלאכותיים (ASI) ננומגנטיים חד-רכיביים הדו-רכיביים המתקבלים בתא כפפות אטמוספירה אינרטי (ארגון) עם <0.1 ppm O 2 ו-H2O. נדון באופטימיזציה של גובה ההרמה ומשרעת ההנעה לרזולוציה ורגישות גבוהה תוך הימנעות מהכנסת ממצאים טופוגרפיים, ומוצג זיהוי של השדות המגנטיים התועים הנובעים משני קצות מגנטי המוט הננומטריים (אורך ~ 250 ננומטר ורוחב <100 ננומטר) המיושרים במישור משטח דגימת ASI. כמו כן, באמצעות הדוגמה של סגסוגת זיכרון צורה מגנטית Ni-Mn-Ga (MSMA), MFM מודגם באטמוספירה אינרטית עם רגישות פאזה מגנטית המסוגלת לפתור סדרה של תחומים מגנטיים סמוכים כל אחד ברוחב ~200 ננומטר.

Introduction

מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM), מיקרוסקופיית בדיקה סורקת (SPM) נגזרת של מיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM), מאפשרת הדמיה של הכוחות המגנטיים החלשים יחסית אך ארוכי הטווח שחווים קצה גשושית ממוגנט כאשר הוא נע מעל משטח דגימה 1,2,3,4,5. AFM היא טכניקת אפיון לא הרסנית המשתמשת בקצה בקנה מידה ננומטרי בקצה של קנטילבר גמיש כדי למפות את טופוגרפיית פני השטח6 וכן למדוד תכונות חומר (למשל, מכניות, חשמליות ומגנטיות) 7,8,9 ברזולוציה ננומטרית. הסטה של הקנטילבר עקב אינטראקציות של דגימת קצה של עניין נמדדת באמצעות השתקפות של לייזר מגב הקנטילבר לתוך פוטודיודה רגישה למיקום10. הדמיה ברזולוציה גבוהה של התכונות המגנטיות המקומיות של חומר באמצעות MFM מספקת את ההזדמנות הייחודית לאפיין את חוזק השדה המגנטי ואת הכיוון בחומרים, מבנים והתקנים חדשים בקנה מידה ננומטרי 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . כדי לבצע MFM, גשושית AFM שהקצה שלה ממוגנט אנכית (כלומר, בניצב למשטח הגשושית ולמשטח הדגימה) מתנדנדת מכנית בתדר התהודה הטבעי שלה בגובה קבוע מעל משטח הדגימה. שינויים כתוצאה מכך באמפליטודת תנודות (פחות רגישה, ולכן פחות נפוצה), תדר או פאזה (המתוארים כאן) מנוטרים לאחר מכן כדי למדוד את עוצמת השדה המגנטי באופן איכותי. באופן ספציפי יותר, אפנון תדרים MFM מייצר מפה של תזוזות בתדר התנודה או בפאזה, פרופורציונלית לגודל ולסימן של שיפוע הכוח המגנטי שחוותה הגשושית. על מנת לשמור על גובה קבוע מעל הדגימה במהלך מדידות MFM, בדרך כלל משתמשים במצב פעולה של מעבר כפול. טופוגרפיית הדגימה ממופה תחילה באמצעות טכניקות AFM סטנדרטיות, ולאחר מכן הדמיית MFM משולבת של כל קו סריקה רציף בגובה הרמה שנקבע על-ידי המשתמש (עשרות עד מאות ננומטר) ממשטח הדגימה. שימוש במצב רכישה כפול כזה מאפשר הפרדה של אינטראקציות ואן דר ואלס קצרות הטווח המשמשות למיפוי הטופוגרפיה מהכוחות המגנטיים ארוכי הטווח יחסית שחווים במהלך מעבר מצב ההרמה המשולב. עם זאת, הרזולוציה המרחבית של MFM עולה עם ירידה בגובה ההרמה18, כך שקיים מתח מובנה בין הגדלת רזולוציית MFM לבין הימנעות מממצאים טופוגרפיים עקב כוחות ואן דר ואלס. באופן דומה, רגישות MFM פרופורציונלית לאמפליטודת התנודה במהלך מעבר מצב ההרמה, אך משרעת התנודה המרבית המותרת מוגבלת על ידי גובה ההרמה ושינויים מהירים בטופוגרפיה של הדגימה (כלומר, תכונות יחס גובה-רוחב גבוה).

מחקרים אחרונים הדגישו את עושר ההזדמנויות הקשורות ליישום ננומגנטיות וננומניקה, שפותחו באמצעות מבני ספין-קרח מלאכותיים (ASI) וגבישים מגנוניים, כהתקנים מתפקדים ללוגיקה, חישוב, הצפנה ואחסון נתונים 19,20,21,22 . קרחוני ספין מלאכותיים, המורכבים מננו-מגנטים המסודרים בתצורות סריג מורחבות נפרדות, מציגים דיפולים מגנטיים או מונופולים מתפתחים הניתנים לשליטה באמצעות גירוי חיצוני 19,20,23,24,25. באופן כללי, ASIs מעדיפים תצורת מומנט הממזערת את האנרגיה (למשל, ב-ASI מרובע דו-ממדי (דו-ממדי), שני רגעים מצביעים פנימה ושתי נקודות מכל קודקוד), כאשר המיקרוסטטים בעלי האנרגיה הנמוכה פועלים לפי כללים המקבילים לחומרי ספין-קרח גבישיים 21,26,27,28 . באופן דומה, מחקר שנערך לאחרונה על ידי MFM הדגים מערכת סריג ASI תלת-ממדית (3D) הבנויה מסוטים של כדור הארץ הנדיר הממוקמים על טטרהדרה לשיתוף פינות, כאשר שני ספינים מצביעים לכיוון מרכז הטטרהדרה ושני ספינים מצביעים החוצה, וכתוצאה מכך שני דיפולים מגנטיים שווים ומנוגדים ומכאן מטען מגנטי אפס נטו במרכזי הטטרהדרה23 . בהתאם ליישור השדה המגנטי המופעל ביחס לפני השטח של הדגימה, נצפו הבדלים משמעותיים בסדר המגנטי ובאורך המתאם. היישור והשליטה בדיפולים של ASI מצדיקים אפוא חקירה נוספת. שיטות למדידת התפלגויות שדה מגנטי ASI כללו שימוש בספקטרומטר רעש מגנטו-אופטי29 או מיקרוסקופיית אלקטרונים פוטו-פליטה מגנטית מגנטית (XMCD-PEEM)25; עם זאת, כדי להשיג רזולוציות מרחביות השוות או גדולות מאלה של MFM עם XMCD-PEEM, נדרשים אורכי גל קצרים במיוחד (כלומר, קרני רנטגן באנרגיה גבוהה). MFM מציעה טכניקת אפיון פשוטה הרבה יותר שאינה דורשת חשיפה של דגימות לקרני רנטגן שעלולות להזיק באנרגיה גבוהה. בנוסף, MFM שימש לא רק לאפיון מיקרוסטטים של ASI21,23,27, אלא גם לכתיבה מגנטית מונעת פגמים טופולוגיים באמצעות קצוות מומנט מגנטי גבוה30. בהתאם לכך, MFM יכול למלא תפקיד חיוני בקידום המחקר והפיתוח של ASI, במיוחד באמצעות יכולתו לתאם בין טופוגרפיה של דגימה לבין חוזק וכיוון של שדה מגנטי, ובכך לחשוף את הדיפולים המגנטיים הקשורים לתכונות טופוגרפיות ספציפיות (כלומר, רכיבי סריג ASI).

MFM ברזולוציה גבוהה מספק גם תובנה משמעותית לגבי הקשר בין המבנה של סגסוגות זיכרון בעלות צורה פרומגנטית לבין התכונות המגנטומכניות הננומטריות שלהן 14,17,31,32,33. סגסוגות זיכרון של צורה פרומגנטית, המכונות בדרך כלל סגסוגות זיכרון צורה מגנטית (MSMAs), מציגות זנים גדולים (עד 12%) המושרים בשדה מגנטי, נישאים בתנועת גבול כפולה 29,33,34,35. נעשה שימוש בטכניקות MFM כדי לחקור את הקשרים המורכבים בין תאומים במהלך דפורמציה לבין טרנספורמציה מרטנסיטית, כניסה, דפורמציה של מיקרו-עמוד ותגובות מגנטיות בקנה מידה ננומטרי של MSMAs15,16,17,36. יש לציין במיוחד, MFM שולב עם ננו-כניסה כדי ליצור ולקרוא זיכרון מגנטומכני ננומאני בעל ארבעה מצבים17. באופן דומה, טכנולוגיות הקלטה מגנטיות מהדור הבא נרדפות באמצעות הקלטה מגנטית בסיוע חום (HAMR), ומשיגות צפיפויות ליניאריות של 1975 kBPI וצפיפויות מסלול של 510 kTPI37. הצפיפות המוגברת הנדרשת כדי לאפשר אחסון נתונים גדול וקומפקטי יותר הביאה להפחתה משמעותית בגובה המסילה המוגדר של טכנולוגיות HMER, והדגישה את הצורך בהדמיית MFM ברזולוציה גבוהה.

בנוסף ל- ASIs ו- MSMAs, MFM שימש בהצלחה לאפיון ננו-חלקיקים מגנטיים שונים, ננומערכים וסוגים אחרים של דגימות מגנטיות 3,38,39. עם זאת, הרזולוציה והרגישות האולטימטיביות של MFM מוגבלות הן על ידי דברים שאינם בשליטת המשתמש (למשל, אלקטרוניקה לזיהוי AFM, טכנולוגיית בדיקה MFM, פיזיקה בסיסית וכו ') והן על ידי בחירה של פרמטרים וסביבה של הדמיה. בינתיים, גודל התכונות בהתקנים מגנטיים ממשיך לרדתב-40,41, מה שיוצר תחומים מגנטיים קטנים יותר, ובכך הופך את הדמיית MFM למאתגרת יותר ויותר. בנוסף, הדיפולים המגנטיים של העניין אינם תמיד מכוונים מחוץ למישור, במקביל לווקטור המגנטיזציה של הגשושית. הדמיה ברזולוציה גבוהה של שדות תועים הנובעים מקצוות של דיפולים בכיוון מישור או כמעט במישור, כפי שקורה במבני ASI המוצגים כאן, דורשת רגישות רבה יותר. השגת תמונות MFM ברזולוציה גבוהה, במיוחד של דגימות ממוגנטות כאלה במישור המורכבות מתחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי, תלויה אפוא בבחירה מתאימה של בדיקת MFM (למשל, עובי, כפייה ומומנט של הציפוי המגנטי, אשר לעתים יכול להיות מנוגד לשיפור הרגישות או הרזולוציה הרוחבית18 או שימור היישור המגנטי של הדגימה30 ), פרמטרי הדמיה (למשל, גובה הרמה ומשרעת תנודות, כאמור לעיל, כמו גם מזעור שחיקת ציפוי קצה במהלך הדמיית קו טופוגרפי), ואיכות הדגימה (למשל, חספוס וזיהום פני השטח, כולל ליטוש פסולת או מים עיליים עקב לחות הסביבה). בפרט, נוכחות של מים נספגים על פני הדגימה עקב לחות הסביבה יכולה להציג כוחות ואן דר ואלס חזקים של דגימת קצה שיכולים להפריע באופן משמעותי למדידת הכוחות המגנטיים ולהגביל את גובה ההרמה המינימלי הניתן להשגה עבור מדידות MFM. פעולת MFM בתוך תא כפפות אטמוספירה אינרטי מבטלת כמעט את כל מזהמי פני השטח, ומאפשרת גובה הרמה נמוך יותר ורזולוציה גבוהה יותר יחד עם רגישות רבה יותר. בהתאם לכך, בדוגמאות לדוגמה המוצגות כאן, נעשה שימוש במערכת AFM השוכנת בתוך תא כפפות אטמוספירה אינרטי מותאם אישית מלא בארגון (Ar) המכיל חמצן <0.1 ppm (O 2) ומים (H2O) כדי לאפשר גובה הרמה נמוך במיוחד (עד 10 ננומטר). זה מאפשר לאחר מכן הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה להפליא המסוגלת לפתור תחומים מגנטיים מתחלפים ברוחב <200 ננומטר בתוך תאום קריסטלוגרפי גדול יותר ודיפולים מגנטיים (מגנטים בר בקנה מידה ננומטרי) <100 ננומטר רוחב ו ~ 250 ננומטר.

מאמר זה מסביר כיצד לרכוש תמונות MFM ברזולוציה גבוהה וברגישות גבוהה על ידי שילוב של שימוש בתא כפפות אווירה אינרטי עם הכנת דגימה קפדנית ובחירה אופטימלית של פרמטרי הדמיה. השיטות המתוארות חשובות במיוחד להדמיית דיפולים בכיוון מישור, שבאופן מסורתי קשה לצפות בהם, ולכן תמונות MFM ברזולוציה גבוהה מוצגות הן של גבישי Ni-Mn-Ga MSMA המציגים תחומים מגנטיים ננומטריים שונים בתוך תאומים קריסטלוגרפיים ומעבר לגבולות תאומים, כמו גם מערכי ASI ננומגנטיים המיוצרים עם כיוון דיפול מגנטי במישור. חוקרים במגוון רחב של תחומים המעוניינים בהדמיית MFM ברזולוציה גבוהה יכולים להפיק תועלת משמעותית משימוש בפרוטוקול המתואר כאן, כמו גם מדיון באתגרים פוטנציאליים כגון ממצאים טופוגרפיים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: בנוסף לפרוטוקול שלהלן, נוהל הפעלה סטנדרטי מפורט של MFM שלב אחר שלב (SOP) ספציפי למכשיר המשמש כאן ומיועד להדמיית MFM כללית כלול כקובץ משלים 1. כדי להשלים את חלק הווידאו של כתב יד זה, ה- SOP כולל תמונות של מחזיק הגשושית, ממגנט קצה והליך ממגנט, הגדרות תוכנה וכו '.

1. הכנה והתקנה של בדיקה MFM

  1. פתח את תוכנת הבקרה AFM ובחר את סביבת העבודה של MFM (ראה טבלת חומרים).
  2. הרכיבו גשושית AFM עם ציפוי מגנטי (לדוגמה, Co-Cr, ראו טבלת חומרים) על מחזיק בדיקה מתאים (ראו טבלת חומרים), מגנטו את הבדיקה והתקינו את מחזיק הבדיקה על ראש ה-AFM.
    הערה: בדיקות MFM דורשות ציפוי מגנטי; הבדיקות ששימשו במחקר זה השתמשו בציפוי סגסוגת קובלט-כרום (Co-Cr) עם כפייה נומינלית של 400 Oe ומומנט מגנטי של 1 x 10-13 EMU, וכתוצאה מכך רדיוס של ~ 35 ננומטר של עקמומיות עבור בדיקת הסיליקון המצופה n-מסוממת. בדיקות עם רדיוס קטן יותר של עקמומיות או מומנט מגנטי נמוך או גבוה יותר או כפייה זמינות, בהתאם לצרכי הדגימה וההדמיה (לדוגמה, ייתכן שיהיה צורך בבדיקת מומנט נמוך בעת הדמיית דגימת כפייה נמוכה כדי להימנע מהיפוך בשוגג של כיוון המגנטיזציה של הדגימה עם הגשושית, או להפך, ניתן להשתמש בבדיקה בעלת מומנט גבוה כדי לכתוב תבנית מגנטית18). עיין בטבלת החומרים לקבלת רשימה נרחבת, אך לא ממצה, של אפשרויות בדיקה MFM, תוך התחשבות בכך שציפוי מגנטי דק יותר יניב קצה MFM חד יותר (ולכן עשוי לשפר את הרזולוציה המרחבית) אך במחיר הסביר של ירידה ברגישות עקב מומנט מגנטי נמוך יותר.
    1. הניחו בזהירות את מחזיק הבדיקה על בלוק הרכבה (ראו איור משלים S1), ולאחר מכן טענו את הבדיקה על מחזיק הבדיקה, יישרו ואבטחו אותה במקומה באמצעות תפס טעון קפיץ (ראו איור משלים S2). ודא שהבדיקה מקבילה לכל הקצוות ואינה נוגעת בגב הערוץ של המחזיק על ידי בדיקתו תחת מיקרוסקופ אופטי. תמרן בעדינות את הבדיקה לפי הצורך עם זוג פינצטות.
      הערה: פריקה אלקטרוסטטית (ESD) עלולה לגרום נזק לציפוי המתכתי בגשושית MFM ו/או באלקטרוניקה רגישה של AFM, לכן יש להיזהר לפרוק כל הצטברות סטטית לפני הטיפול ולשקול לבישת כפפות נגד ESD ו/או שימוש ברצועת פרק כף יד או שטיחון הארקה בהתאם לתנאי הסביבה (למשל, לחות יחסית).
    2. מגנט את הגשושית אנכית (כלומר, בניצב למגן הגשושית) באמצעות מגנט קבוע חזק (ראו טבלת חומרים) למשך מספר (~2-5) שניות, כך שכיוון הדיפול המגנטי של קצה הגשושית יהיה בניצב לדגימה.
      הערה: לעיון, למגנטייזר הגשושית המשמש כאן (ראו טבלת חומרים ואיור משלים S3) יש כפייה של ~2000 Oe והוא מתוכנן כך שהמארז יתאים מעל מחזיק הגשושית, כאשר המגנט מכוון כך שהמומנט המגנטי שלו מיושר במקביל לקצה הבדיקה ובניצב לקנטילבר.
    3. הסר בזהירות את ראש ה-AFM. התקן את מחזיק הבדיקה והבדיקה על ידי יישור החורים במחזיק הבדיקה עם פיני המגע על הראש. התקן מחדש את הראש ב- AFM ואבטח במקומו. שוב, היזהר מכיוון ש-ESD עלול לגרום נזק לבדיקה או לאלקטרוניקה רגישה של AFM.
  3. יישר את הלייזר אל מרכז שקע הבדיקה MFM ואל תוך הגלאי הרגיש למיקום (PSD).
    1. לרגישות מיטבית, יישר את הלייזר בגב הקנטילבר למיקום המתאים לקצה הנסיגה מהקצה הדיסטלי של הקנטילבר.
    2. מקסם את אות הסכום ב-PSD תוך מזעור הסטיות שמאלה/ימינה ולמעלה/למטה כדי למרכז את קרן הלייזר המוחזרת בגלאי. הגדר את אותות הסטייה של הלייזר X ו- Y קרוב ככל האפשר לאפס כדי להשיג טווח סטייה מרבי הניתן לזיהוי להפקת מתח יציאה פרופורציונלי לסטייה הקנטילית.

2. הכנה והתקנה לדוגמה

  1. הנח את הדגימה מעל יציאת הוואקום של AFM chuck. הימנע משימוש במחזיק דגימה מגנטי, מכיוון שהדבר עלול להשפיע על הדגימה ו/או להפריע למדידת ה-MFM. הפעל את ואקום הצ'אק כדי לאבטח את הדגימה לשלב ה- AFM.
    1. אבטח היטב את הדגימה לצורך הדמיה כדי למנוע הכנסת רעש עקב תנודות דגימה בקנה מידה ננומטרי. אם לא ניתן ליצור אטימה אטומה בין בסיס הדגימה ליציאת הוואקום של שלב ה-AFM, הצמידו את הדגימה לשקית מתכת (ראו טבלת חומרים) או לשקופית מיקרוסקופ זכוכית באמצעות דבק הדבקה מתאים.
    2. ודא שהדגימה חלקה ככל האפשר, באופן אידיאלי עם חספוס פני השטח בקנה מידה ננומטרי וללא פסולת (למשל, תרכובת ליטוש שיורית במקרה של דגימת סגסוגת מתכת כגון גביש יחיד Ni-Mn-Ga), כדי לאפשר גבהי הרמה נמוכים המובילים לרזולוציה גבוהה ורגישות של הדמיית MFM (ראה דיון).

3. הגדרה ראשונית וגישה לדוגמה

  1. בחזרה לתוכנת הבקרה AFM (סביבת העבודה של MFM), יישר את הכוונת בתוך תצוגת המיקרוסקופ האופטי כדי למקם אותה מעל גב הגשושית MFM במקום שבו נמצא הקצה, באמצעות נסיגת הקצה הידועה המבוססת על הבדיקה שנבחרה.
  2. מקם את שלב ה-AFM ואת הדגימה כך שאזור העניין (ROI) יהיה ישירות מתחת לקצה ה-AFM. הנמיכו את ראש ה-AFM עד שמשטח הדגימה נכנס למיקוד בתצוגה האופטית. היזהרו שלא לרסק את הגשושית לתוך משטח הדגימה, מכיוון שהדבר עלול לגרום לנזק לבדיקה ו/או לדגימה.
    הערה: תוכנת הבקרה AFM המשמשת כאן מספקת שתי אפשרויות מיקוד: דוגמה (ברירת מחדל) והשתקפות עצה. אפשרות ברירת המחדל משתמשת באורך מוקד של 1 מ"מ, כלומר משטח ה-AFM יהיה ~1 מ"מ מעל פני השטח כאשר המשטח מופיע במיקוד בתצוגה האופטית. מצב השתקפות קצה משתמש באורך מוקד של 2 מ"מ, כך שהמשטח יופיע בפוקוס כאשר משטח ה-AFM נמצא ~2 מ"מ מעל פני השטח, בעוד שהשתקפות הקצה תופיע בפוקוס כאשר המשטח נמצא ~1 מ"מ מעל פני השטח (במקרה של משטח דגימה רפלקטיבי). השיטה המוצעת להתקרבות למשטח היא להתחיל במצב השתקפות קצה ולהתקרב במהירות מלאה (100%) עד שמשטח הדגימה נכנס לפוקוס, ואז לעבור לדגימה (ברירת מחדל) ולהתקרב במהירות בינונית (20%) עד שהמשטח שוב נכנס למיקוד.

4. הדמיה טופוגרפית (קו ראשי)

הערה: הפרוטוקול המתואר להלן מניח את השימוש במצב מגע לסירוגין (הקשה) להדמיית טופוגרפיה.

  1. בצע כוונון קנטילברי על-ידי בחירת תדרי התחלה וסיום שיסחפו את תדר כונן ה-dither piezo על פני אזור שנבחר כדי להשתרע על פני תדר התהודה הצפוי של הגשושית שנבחרה (לדוגמה, 50-100 קילוהרץ עבור בדיקה עם f0 נומינלי = 75 קילוהרץ).
  2. בהתאם למערכת ה-AFM ולתוכנה המסוימת שבה נעשה שימוש (ראה טבלת חומרים), השתמש בתכונת כוונון אוטומטי בלחיצה אחת כדי להפוך את השלבים הבאים לאוטומטיים בהתבסס על הערכים הנומינליים הידועים עבור סוג הבדיקה שנבחר.
    הערה: כוונון הקנטילבר כרוך בזיהוי תדר התהודה הטבעי שלו והתאמת משרעת ההנעה (בתדר זה או בסמוך לו) כך שהקנטילבר יתנדנד באמפליטודת מטרה מתאימה (בננומטרים).
    1. בחר תדר כונן עבור כוונון הקו הראשי המוסט לתדר מעט נמוך יותר משיא התהודה (ירידה של ~5% באמפליטודה מהשיא) כדי לפצות על שינויים בתדר התהודה עקב שינוי אינטראקציות קצה-דגימה במהלך גישת טיפ-דגימה.
    2. בחר משרעת כונן שמביאה למשרעת מטרה המתאימה לתנודות קנטילריות של ~50 ננומטר (משרעת ~500 mV ב- PSD עבור מערכת AFM ובדיקת MFM המשמשת כאן, ראה טבלת חומרים) כנקודת התחלה טובה.
      הערה: כדי להמיר את אות הסטייה של הפוטודיודה הנמדדת (ב-mV או ב-V) לאמפליטודת תנודה (ב-nm) נדרש ידע ברגישות הסטייה הנומינלית או המדודה.
    3. בחר נקודת משרעת המתאימה ל~0.8x של משרעת יעד החלל הפנוי (כלומר, ~ 40 ננומטר עבור משרעת שטח פנוי של 50 ננומטר) כנקודת התחלה טובה להדמיית טופוגרפיה.
      הערה: הגדרת משרעת גבוהה יותר תגרום למעורבות עדינה יותר, אך תגדיל את הסבירות למעורבות שגויה (כלומר, המכשיר/התוכנה חושבים בטעות שהגשושית מופעלת על פני השטח עקב ירידה קלה באמפליטודת התנודות הנובעת מתנודות אקראיות/כוחות חולפים הפועלים על ה-cantilever). לעומת זאת, נקודת משרעת נמוכה יותר מקטינה את ההסתברות למעורבות כוזבת, אך על חשבון בלאי קצה מוגבר או נזק לדוגמה בעת ההתקשרות.
  3. הפעל על משטח הדגימה והגדר את גודל הסריקה הרצוי בהתאם לדגימה ולתכונות המעניינות (בדרך כלל איפשהו בין <1 מיקרומטר לעשרות מיקרומטר ב- X ו- Y).
  4. הגדל את נקודת המשרעת במרווחים של 1-2 ננומטר עד שהקצה פשוט מאבד מגע עם משטח הדגימה, כפי שניתן לראות על ידי קווי העקיבה וההשבה שאינם מצליחים לעקוב זה אחר זה בערוץ חיישן הגובה. לאחר מכן, הפחת את נקודת המשרעת ב~2-4 ננומטר כך שהקצה יהיה רק במגע עם משטח הדגימה.
    הערה: האמור לעיל יסייע למזער את כוח האינטראקציה בין קצה לדגימה, ובכך לשמר את הדגימה, להאריך את חיי קצה הבדיקה ולשפר את ביצועי MFM על ידי מזעור שחיקת הקצה, בפרט אובדן מוקדם של הציפוי המגנטי, כמו גם את האפשרות להכניס תוצרי קצה לתמונות הטופוגרפיה ו / או הפאזה המגנטית.
  5. מטב את הרווחים הפרופורציונליים (P) והאינטגרליים (I) על-ידי התאמתם כך שיהיו גבוהים מספיק כדי לאלץ את מערכת המשוב לעקוב אחר הטופוגרפיה של משטח הדגימה תוך מזעור הרעש. כדי לעשות זאת, להגדיל את הרווחים עד רעש רק מתחיל להופיע בערוץ השגיאה, ולאחר מכן לחזור מעט. המערכת בדרך כלל רגישה יותר לרווח I מאשר לרווח P.

5. הדמיית MFM (מעבר מצב הרמה משולב)

  1. לאחר אופטימיזציה של פרמטרי ההדמיה הטופוגרפיים של AFM, התרחקו מרחק קצר (≥200 ננומטר) מפני השטח וחזרו לתפריט כוונון הבדיקה. בצע כוונון קנטילי שני שישמש לרכישת קו MFM במצב הרמה המשולב, תוך הקפדה על ניתוק התוצאות של מנגינה זו מהפרמטרים הקודמים של הקו הראשי.
    1. בניגוד לקיזוז השיא של 5% המשמש עבור כוונון הקו הראשי (טופוגרפיה) בשלב 4.2.1, עבור כוונון מצב ההרמה המשולבת (MFM), הגדר את קיזוז השיא ל-0% (כלומר, כונן את הגשושית בתדר התהודה הטבעי שלה בחלל הפנוי במהלך מעבר ה- MFM המשולב, מכיוון שהגשושית תתנודד מחוץ לאזור שבו מורגשים כוחות אלקטרוסטטיים של ואן דר ואלס מושכים או דוחים מאוד). בחר תדרי התחלה וסיום שיסחפו את תדר הכונן על פני אזור המשתרע על פני תדר התהודה של הגשושית, בדומה לשלב 4.1.
    2. התאם את משרעת היעד (או הכונן) של מצב ההרמה המשולבת כך שתהיה מעט פחותה מאמפליטודת היעד (או הכונן) של הקו הראשי שנבחרה בשלב 4.2.2 (לדוגמה, משרעת יעד של ~45 ננומטר עבור מעבר MFM במצב הרמה משולב אם משתמשים באמפליטודת יעד של 50 ננומטר עבור הקו הראשי הטופוגרפי). הדבר יאפשר הדמיית MFM ברגישות גבוהה מבלי לפגוע במשטח (כלומר, יצירת ממצאים טופוגרפיים או קוצים בפאזה) בעת שימוש בגבהי הרמה נמוכים לרזולוציה רוחבית אופטימלית.
  2. עזוב את חלון כוונון הכוונון, הפעל מחדש על פני השטח ומטב את פרמטרי ההדמיה של MFM.
    1. הגדר את הגובה של סריקת ההרמה הראשונית (מעבר MFM משולב) ל-25 ננומטר, ולאחר מכן הקטן בהדרגה במרווחים של ~2-5 ננומטר. ברגע שהגשושית מתחילה פשוט לפגוע במשטח, יופיעו קוצים חדים בערוץ הפאזה של MFM; הגדל מיד את גובה הסריקה ב~2-5 ננומטר כדי לשמר את קצה הבדיקה ולמנוע החדרה של ממצאים טופוגרפיים.
    2. הגדל את משרעת כונן interleave במרווחים קטנים המתאימים ל~2-5 ננומטר באמפליטודת תנודות interleave עד שמשרעת כונן interleave עולה על משרעת הכונן הראשי, או שהבדיקה מתחילה ליצור קשר עם פני השטח כפי שמעידים קוצים בערוץ הפאזה MFM. לאחר מכן, הקטן מעט את משרעת ההנעה הבין-קולית (המתאימה למרווחים של ~1-2 ננומטר) כך שלא ייראו קוצים בערוץ הפאזה של MFM.
    3. המשך למטב באופן איטרטיבי את גובה סריקת ההרמה ואת משרעת כונן ההטבעה על-ידי כוונון במרווחים קטנים יותר ויותר עד לקבלת תמונת MFM ברזולוציה גבוהה ללא ממצאים טופוגרפיים.
      1. מכיוון שהאינטראקציות של ואן דר ואלס מדגם קצה האחראיות לתוצרי טופוגרפיה יורדות הרבה יותר מהר עם המרחק מאשר הכוחות המגנטיים ארוכי הטווח הרצויים, כדי להעריך את מקור התכונות בתמונת הפאזה המגנטית של MFM, בדוק את התלות בגובה ההרמה של תכונות אלה. ממצאים טופוגרפיים נוטים להיעלם (להופיע) בפתאומיות עם עליות (ירידות) קטנות בגובה ההרמה, בעוד שתגובות הפאזה המגנטית האמיתית ישתנו בהדרגה (למשל, הרזולוציה והאות לרעש ישתפרו עם ירידה בגובה ההרמה).
      2. באופן דומה, אם נצפו שינויים ביישור המומנט המגנטי של דגימות כפייה נמוכות לאחר סריקה חוזרת ונשנית, הדבר עשוי להעיד על מיתוג המושרה על ידי קצה שיחייב שימוש בבדיקת מומנט נמוך (ראו טבלת חומרים) וייתכן שגם גבהי הרמה גבוהים יותר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

סריגים מלאכותיים של ספין-קרח (ASI)
קרחוני ספין מלאכותיים הם רשתות דו-ממדיות המוגדרות באופן ליתוגרפי של ננומגנטים המקיימים אינטראקציה. הם מפגינים תסכול על ידי עיצוב (כלומר, קיומם של מינימה מקומית רבים בנוף האנרגיה)21,42,43. הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה כדי להבהיר את התצורות והאינטראקציות המגנטיות בין רכיבי המערך מציעה הזדמנות ייחודית להבין טוב יותר את מצב הספין-קרח של הסריג21. סריגים של ספין-קרח להדמיית MFM הוכנו באמצעות ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים על מדריך גלים קופלנר (CPW) המורכב מטיטניום בעובי 10 ננומטר (Ti) וזהב בעובי 150 ננומטר (Au) שהופקד על פרוסת סיליקון (איור 1A). ה-ASIs הורכבו ממערכי CoFe בעובי 20 ננומטר (Co90Fe 10) ו/או Py (Ni 80 Fe 20) שעוצבו ליצירת ~260 ננומטר x ~80 ננומטר, מגנטים ננומטריים המסודרים הן במערכים בודדים (כלומר, רק CoFe או Py) והן במערכים דו-רכיביים (כלומר, CoFe ו-Py)מרובעים28 ומשושים (חלת דבש)44. המערכים שהתקבלו של מגנטי מוטות בקנה מידה ננומטרי צולמו באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת (SEM), כאשר תמונות SEM של רכיבים בודדים לדוגמה (CoFe בלבד) ריבועיות ומערכים משושים מוצגים באיור 1B. למרות שקיים עניין משמעותי בקהילת המחקר של ASI לגבי מצבי קרקע של ASI, עבור הדגימות שנחקרו כאן הוחל שדה מגנטי חיצוני לאורך הציר הארוך של ה-CPW לאחר הייצור, וכתוצאה מכך נוצר כיוון במישור של המומנטים המגנטיים של ASI. איור 1C מציג את 16 תצורות המומנט האפשריות של סריג ASI מרובע, כמו גם את שמונה תצורות המומנטים האפשריות של סריג ASI של חלת דבש. תיבת הכפפות MFM ברזולוציה גבוהה כפי שמתואר בפרוטוקול שימשה לאחר מכן להדמיה הן של סריגים מרובעים בודדים והן דו-רכיביים של ASI משושה.

איור 2 מציג טופוגרפיה מאלפת של AFM ותמונות פאזה מגנטית של MFM של מערכי סריג מרובעים ומשושים מייצגים המתקבלים בתא כפפות אטמוספירה אינרטי לפני אופטימיזציה מלאה של פרמטרי הדמיית MFM. בחינה של תמונות הטופוגרפיה באיור 2A ובאיור 2D מראה אפקט הצללה בצד שמאל של איברי הסריג האנכיים, המעיד על חפץ קצה (קצה כפול). הפסים הנראים בתמונות המתאימות של פאזת MFM באיור 2B (קל) ובאיור 2E (בולטים יותר) הם תוצאה של קפיצות או קיזוזים של פאזה, ככל הנראה כתוצאה מכך שהגשושית פגעה במשטח הדגימה במהלך מעבר מצב ההרמה (כלומר, הפרעה טופוגרפית עקב גובה הרמה מעט נמוך מדי או משרעת תנודה גדולה מדי במעבר מצב ההרמה המשולב). לעומת זאת, האופי המנומר והמטושטש יותר של תמונת הפאזה באיור 2H נובע מירידה באות לרעש (כלומר, רגישות) הנובעת מהבעיה ההפוכה של גובה הרמה גבוה מדי או משרעת תנודה קטנה מדי במצב ההרמה השזורה ביחס לערכים האופטימליים. אף על פי כן, למרות בעיות אלה במונחים של איכות תמונה לא אופטימלית, שכבות-העל של נתוני הפאזה המגנטית של MFM בטופוגרפיות התלת-ממדיות של שלושת הסריגים מראות שיחסית לסכמות המוצגות באיור 1C, המערכים המרובעים, שמצב הקרקע שלהם הוא תצורה מסוג I, מאמצים תצורה מסוג II בעקבות יישום השדה המגנטי החיצוני (מיושר לאורך הציר האנכי באיור 2C, ו) 26,27. בינתיים, המערך המשושה מאמץ תצורה מסוג I (שדה מגנטי חיצוני הופעל לאורך הציר האופקי באיור 2F,I)26. בנוסף, באיור 2C, ניגודיות הפאזה המגנטית חזקה יותר באופן ניכר עבור רכיבי הסריג האופקי (CoFe) מאשר עבור הרכיבים האנכיים (Py). באיור 2F, הרכב ה-ASI הפוך (כלומר, הסריגים האנכיים מורכבים מ-CoFe, בעוד שהסריגים האופקיים הם Py), ובאופן דומה, ניגודיות הפאזה המגנטית הפוכה, מכיוון שכעת רכיבי הסריג האנכיים (CoFe) מראים את הניגודיות הגדולה יותר. שני ה-ASIs המרובעים הדו-רכיביים האלה היו ממוקמים סמוכים זה לזה על אותו CPW והצטלמו בזה אחר זה, עם אותם תנאי בדיקה והדמיה. לפיכך, ניגודיות הפאזה המגנטית המוגברת הנראית בשתי התמונות עבור רכיב CoFe ביחס לרכיב Py מעידה על מומנט הדיפול המגנטי הגדול יותר של CoFe.

כפי שנרמז לעיל, אולי הטעות הקלה ביותר לעשות בניסיון להשיג תמונות MFM ברזולוציה גבוהה היא שימוש בגובה סריקת הרמה נמוך מדי, או לחילופין, משרעת כונן גבוהה מדי עבור גובה ההרמה שנבחר. התוצאה היא הצלבה טופוגרפית או הפרעה בערוץ הפאזה המגנטית. דוגמה קיצונית לכך מוצגת באיור 3, שבו תמונות הפאזה (איור 3B,D) נראות דומות להפליא לתמונות הטופוגרפיות המקבילות לדוגמה (איור 3A,C). במקרה של איור 3A,B, נעשה שימוש בגובה הרמה של 11 ננומטר, ומשרעת ההנעה הבין-קולית הייתה גדולה יותר (680 mV) מאשר משרעת ההנעה הטופוגרפית של הקו הראשי (640 mV), מה שהוביל לכך שהגשושית פשוט ממפה את טופוגרפיית הדגימה ולא את הפאזה המגנטית הרצויה במהלך מעבר מצב ההרמה. באיור 3C,D, נעשה שימוש בגובה הרמה מעט גבוה יותר (12 ננומטר), ומשרעת ההנעה הבין-קולית (686 mV) הופחתה כדי להיות מעט נמוכה יותר מאמפליטודת ההנעה הטופוגרפית של הקו הראשי (700 mV). כתוצאה מכך, אף על פי שתמונת הפאזה באיור 3D עדיין מראה ראיות ברורות לממצאים טופוגרפיים (כלומר, שינויי פאזה הנובעים מאינטראקציות ואן דר ואלס של דגימת קצה), היא מכילה גם תגובת פאזה מגנטית ממשית משולבת בצמתי מערך סריג ASI משושה. עם זאת, תמונת הפאזה המגנטית באיור 3D אינה אינדיקטור מהימן לכיוון המומנט המגנטי האמיתי של רכיבי מערך ASI בודדים בגלל ערבוב משותף של תגובת הטופוגרפיה עקב משרעת התנודה שעדיין גדולה מדי עבור גובה ההרמה הנמוך שבו משתמשים. איור 3D משמש כתזכורת חזותית מובהקת לכך שמשתמשים חייבים לנקוט משנה זהירות בפענוח תמונות פאזה מגנטית של MFM בעת פעולה עם גובה הרמה נמוך, ותמיד לאשר שאין הפרעה טופוגרפית הגורמת לממצאים בתמונת הפאזה המגנטית (ראו הערה סופית בפרוטוקול).

למרות הדוגמאות ההפוכות באיור 3, בעקבות ההליך המתואר בפרוטוקול, גובהי הרמה נמוכים עד 10 ננומטר הושגו באופן שגרתי בדגימות ASI אלה בתא הכפפות ללא הפרעה טופוגרפית. כדי לסייע לקורא, איור 4 מציג התקדמות של תמונות של סריג ASI מרובע של רכיב יחיד (Py בלבד) המתקבל תוך מיטוב פרמטרי ההדמיה של MFM, כאשר איור 5 מציג את התמונה הסופית והממוטבת של אותו ASI. איור 4A,B מזכיר את איור 2H, עם גובה הרמה גבוה מדי (איור 4A) ו/או משרעת כונן/תנודה קטנה מדי במעבר מצב ההרמה (איור 4A,B) לרגישות ורזולוציה אופטימליות. לעומת זאת, תמונת הפאזה המגנטית שנראית באיור 4C חדה ביותר, עם גובה הרמה של 10 ננומטר ומשרעת כונן במצב הרמה רק מעט פחות מאמפליטודת הכונן הטופוגרפית של הקו הראשי; עם זאת, הוא מתחיל להראות עדויות קלות של ממצאים טופוגרפיים לאורך גבולות רכיב המערך (אליפסות לבנות). לפיכך, על ידי הפחתה קלה של משרעת ההנעה במצב הרמה, מתקבלות תמונות ה-MFM הממוטבות המוצגות באיור 4D ובאיור 5, כאשר נמנעת הפרעה טופוגרפית בפאזה המגנטית של MFM.

סגסוגת זיכרון צורה מגנטית (MSMA)
כאשר הוא גדל כגביש יחיד טהור ביותר, Ni-Mn-Ga הוא אב-טיפוס של MSMA34. גבישי Ni-Mn-Ga מכילים בדרך כלל גבולות תאומים רבים, המתרחשים בכל מקום בו שני תחומים תאומים נפגשים, כאשר תבליט פני השטח מציין את מיקומם של גבולות התאומים ואת כיוון המגנטיזציה והכיוון הקריסטלוגרפי המשתנה בין תחומים תאומים סמוכים16. כתוצאה מכך, MFM יכול לשמש כדי לדמות גבולות תאומים ולעקוב אחר תנועתם בתגובה לשדה מגנטי המופעל או לכוח36,45. איור 6 מציג את תמונת הפאזה המגנטית של דגימת Ni-Mn-Ga גביש יחיד מלוטשת (איור 6A), כמו גם את תמונת הפאזה המגנטית שמעליה כעור צבעוני על גבי הטופוגרפיה התלת-ממדית של הדגימה (איור 6C). התמונות מציגות בבירור כיצד והיכן הגבולות התאומים מתיישרים עם הכיוון המגנטי; איור 6A מראה את הכיוון המגנטי האופייני של מדרגות המדרגות מעבר לגבולות התאומים, ואילו איור 6C מראה את הכיוון הארוך של התחומים המגנטיים המתחלפים במאפיינים הטופוגרפיים (כלומר, רכסים אלכסוניים מורחבים ועמקים העוברים משמאל למטה לימין העליון של התמונות) המעידים על גבולות התאומים46 . בדומה לתמונות ASI, תמונות Ni-Mn-Ga MFM נרכשו בתא כפפות אטמוספרי אינרטי כדי לעזור לחסל את נוכחותם של מים עיליים עקב לחות הסביבה ובכך לאפשר גבהי הרמה נמוכים (15 ננומטר במקרה של התמונות המוצגות באיור 6), לרזולוציה ורגישות מוגברות כדי לפתור את התחומים המגנטיים ברוחב ~200 ננומטר שנראו באיור 6A ובאיור 6B זום שנרכש באזור המרכזי של התמונה שצוין על-ידי הריבוע הכחול באיור 6A.

Figure 1
איור 1: רשתות ספין-קרח מלאכותיות מרובעות וחלת דבש. (A) סכמטי של תצורת הניסוי. רשתות ספין-קרח מלאכותיות מורחבות (ASI) מעוצבות בחלק העליון של קו האות של מדריך גלים קופלנר העשוי מ-Ti/Au באמצעות ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים. הכניסה מציגה תמונה מוגדלת של מבנה ASI מרובע. ההטיה של השדה המגנטי החיצוני המופעל מכוונת לאורך הצד הארוך (כיוון Y) של מדריך הגלים הקופלנריים. (B) סריקת מיקרוגרפים אלקטרונים של סריגי ASI מרובעים מייצגים וחלת דבש (CoFe בלבד) עם מידות האלמנטים. (C) סכמטי המתאר את 16 תצורות המומנט האפשריות של סריג ספין-קרח מלאכותי מרובע ושמונה תצורות מומנטים אפשריות של סריג ספין-קרח מלאכותי של חלת דבש. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 2
איור 2: הדמיית MFM של תצורות מומנטים מגנטיים ברשתות ASI. טופוגרפיה של AFM (עמודה שמאלית; א,ד,ז) ותמונות פאזה מגנטית תואמות של MFM (עמודה אמצעית; ב,ה,ח) של ריבוע דו-רכיבי מייצג (CoFe ו- Py) (שורות עליונות ואמצעיות; A-F), ורכיב יחיד (CoFe בלבד) משושה (שורה תחתונה; G-I) מערכי סריג ASI לפני אופטימיזציה מלאה של פרמטרי הדמיה MFM. העמודה הימנית (C,F,I) מציגה את הטופוגרפיה התלת-ממדית של AFM של כל דגימת ASI עם שכבת הפאזה המקבילה של MFM כעור צבעוני כדי להראות את היישור היחסי של מומנטי הדיפול המגנטי בתוך מבני ASI. לאחר יישום של שדה מגנטי חיצוני, ה-ASIs של הסריג המרובע מאמץ תצורה מסוג II (שדה המיושם לאורך הציר האנכי, המתאים לרכיבי Py ב-A-C ולרכיבי CoFe ב-D-F), ואילו הסריג המשושה (השדה המיושם לאורך הציר האופקי בתמונה זו) מאמץ סידור מסוג I (ראו איור 1C). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 3
איור 3: ממצאים טופוגרפיים בתמונות פאזה מגנטית של MFM. טופוגרפיה מייצגת של AFM (עמודה שמאלית; א,ג) ופאזה מגנטית MFM (עמודה ימנית; ב,ד) תמונות של רכיב יחיד (Py בלבד) ASI מרובע (למעלה; A-B) ודו-רכיבי (CoFe = אלמנטים אנכיים; Py = אלמנטים אלכסוניים) חלת דבש ASI (למטה; C-D) מראה ראיות ברורות של ממצאים טופוגרפיים בתמונות הפאזה המגנטית של MFM. (A) משרעת כונן = 640 mV, (B) גובה הרמה = 11 ננומטר, משרעת כונן = 680 mV, (C) משרעת כונן = 700 mV, (D) גובה הרמה = 12 ננומטר, משרעת כונן = 686 mV. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 4
איור 4: התקדמות באיכות התמונה של שלב MFM עם מיטוב פרמטרים. התקדמות באיכות התמונה של שלב MFM עבור מערך סריג ASI מרובע של רכיב יחיד (Py בלבד) מכיוון שפרמטרי ההדמיה של MFM ממוטבים ברצף/איטרטיבי: (A) גובה סריקת הרמה = 15 ננומטר, משרעת כונן = 80 mV; (B) גובה סריקת הרמה = 10 ננומטר, משרעת כונן = 110 mV; (C) גובה סריקת הרמה = 10 ננומטר, משרעת כונן = 240 mV; (D) גובה סריקת הרמה = 10 ננומטר, משרעת כונן = 220 mV. לשם השוואה, משרעת ההנעה הראשית (טופוגרפיה) הוחזקה קבועה ב-250 mV, המתאימה ל~50 ננומטר משרעת שטח פנוי, עבור כל התמונות. כפי שמצוין על ידי האליפסות הלבנות, תמונה (C) מציגה עדות לממצאים טופוגרפיים קלים המתחילים להופיע בתמונת הפאזה (קווים כהים הנובעים מצמתי המערך לאורך קצוות הננומגנטים), המעידים על כך שגובה סריקת ההרמה נמוך מדי או משרעת מצב interleave גבוהה מדי. על-ידי הפחתה קלה של משרעת השזירה ב-(D), החפצים הטופוגרפיים נעלמים כמעט לחלוטין מבלי להקריב באופן ניכר את איכות התמונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 5
איור 5: תמונת פאזה מגנטית MFM ממוטבת במלואה. תמונות פאזה מגנטית MFM ממוטבות לחלוטין של מערך סריג ASI מרובע של רכיב יחיד מייצג (Py בלבד) באיור 4. (A) תמונת פאזה מגנטית דו-ממדית. (B) טופוגרפיה תלת-ממדית עם שכבת פאזה מגנטית כעור צבעוני המציגה את תצורת ה-ASI בתצורה מסוג II (ראו איור 1C) לאחר יישום שדה מגנטי חיצוני לאורך הציר האנכי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 6
איור 6: הדמיית MFM של גבולות תאומים מגנטיים בדגימת Ni-Mn-Ga של גביש יחיד. (A) תמונת פאזה מגנטית של 45 μm x 45 μm MFM של דגימת Ni-Mn-Ga של גביש יחיד עם הווה של תאומים אלכסוניים המציגה את תבנית הכיוון המגנטי הצפויה של ~90° מדרגות מעבר לגבולות התאומים. (B) תמונת פאזה מגנטית MFM ברזולוציה גבוהה יותר (צפיפות פיקסלים) הנרכשת מאזור 10 μm x 10 μm המצוין על-ידי הריבוע הלבן ב-(A) המציגה את התחומים המגנטיים המתחלפים ברוחב ~200 ננומטר. (C) תמונת פאזה מגנטית של MFM מ-(A) מכוסה כעור צבעוני על גבי טופוגרפיית הדגימה התלת-ממדית, המראה כי החלפת כיוון המגנטיזציה מתרחשת בגבולות התאומים, כפי שמעידה יישורו עם תכונות תבליט פני השטח הטופוגרפיות שנראות רצות משמאל למטה לימין למעלה ב~45° ביחס לכיוון הסריקה/תמונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור משלים S1. בלוק הרכבה של מחזיק בדיקה עם שלוש תחנות הרכבה של בדיקה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים S2. סכמטית של מחזיק הבדיקה הסטנדרטי עבור ראשי AFM מסדרת Dimension. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור משלים S3. מגנטיזציה של בדיקה MFM. (A) המגנט הוסר מהמארז שלו והונח על הגשושית. (B) המגנט לאחר הנחתו על הגשושית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 1. פרוטוקול הפעלה סטנדרטי כללי לשימוש במיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM). אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה דורשת כי סריקת טופוגרפיה תואמת ברזולוציה גבוהה ובנאמנות גבוהה תירכש תחילה עבור כל שורה. סריקת טופוגרפיה זו מתקבלת בדרך כלל באמצעות מגע לסירוגין או מצב הקשה AFM, המשתמש במערכת משוב אפנון משרעת לטופוגרפיה של דגימות תמונה47. ניתן לייעל את הנאמנות של סריקת הטופוגרפיה על ידי התאמת נקודת הגדרת המשרעת של הקנטילבר ורווחי המשוב כמתואר בפרוטוקול. נקודת המשרעת היא קריטית, שכן היא שולטת במידת האינטראקציה בין קצה הבדיקה לבין משטח הדגימה. נקודת הגדרה נמוכה מדי מובילה לעתים קרובות לנזק למשטח הדגימה ו/או לקצה הבדיקה, מה שעלול להוביל להשפעות מזיקות על קו ה-MFM השזור אם הציפוי המגנטי מוסר; נקודת משרעת גבוהה מדי עלולה להוביל לניגודיות תמונה פאזה ירודה48. כמו כן, הרווחים המידתיים והאינטגרליים הם גם שיקולים חשובים במזעור הטעות במצב יציב ובשיפור יעיל של תגובת המערכת49.

במהלך מעבר MFM במצב הרמה לסירוגין לאחר רכישת כל קו טופוגרפיה, הגשושית MFM תחווה מידה משתנה של אינטראקציות ואן דר ואלס קצרות טווח לא רצויות, האחראיות ליצירת תמונת הטופוגרפיה של הדגימה, לעומת אינטראקציות רצויות של כוח מגנטי לטווח ארוך יותר (ליצירת תמונת MFM)בהתאם למרחק ההפרדה בין הדגימה 1 . קביעה אמפירית של הגבול של המשטר הנשלט על ידי ואן דר ואלס היא אולי הגורם החשוב ביותר בהשגת תמונות MFM ברזולוציה גבוהה וללא חפצים, כפי שמוצג באיור 3 ובאיור 4. שני הפרמטרים העיקריים שיש למטב כדי להגיע לגבול המשוער בין שני המשטרים האלה (שבהם יתקבלו תמונות MFM ברזולוציה הגבוהה ביותר, כפי שמוצג באיור 5) הם גובה סריקת ההרמה והמשרעת של ההנעה (ומכאן תנודת המטרה). כלל אצבע טוב לזיהוי ממצאים טופוגרפיים הוא שהם ייעלמו במהירות (כלומר, בפתאומיות) עם עלייה קטנה בגובה ההרמה או ירידה באמפליטודת ההנעה במצב ההרמה (ראו איור 4C,D וקובץ משלים 1). באופן דומה, שינויים ביישור המומנט המגנטי שנצפה של דגימות כפייה נמוכות עם סריקה חוזרת ונשנית בגבהי הרמה נמוכים עשויים להעיד על מיתוג30 המושרה על ידי קצה, מה שמחייב שימוש בבדיקת מומנט נמוך (ראו טבלת חומרים) כדי לשמור על הכיוון המגנטי של הדגימה במהלך ההדמיה.

כדי למנוע הפרעה טופוגרפית, גובה ההרמה הנמוך ביותר הניתן להשגה יוגבל באופן יסודי על ידי הגובה של כל תכונות יחס גובה-רוחב גבוה על משטח הדגימה. עם זאת, כאמור, ככל שגובה ההרמה נמוך יותר, כך הרזולוציה הניתנת להשגה גדולה יותר; פעולת MFM בסביבת תא כפפות עם מים נמוכים (<0.1 עמודים לדקה) מאפשרת להגיע לגבהים של 10 ננומטר באופן שגרתי על דגימות חלקות (חספוס בקנה מידה ננומטר), כתוצאה מירידה בסינון הדגימה וביטול אינטראקציות טיפ-דגימה מפריעות עם שכבת המים העיליים. למיטב ידיעת המחברים, גבהי הרמה כאלה הם בין הנמוכים ביותר שדווחו בכל מחקרי MFM17. עם זאת, הסבירות להפרעות טופוגרפיות (למשל, כפי שמעידות קפיצות או קפיצות פתאומיות של פאזה MFM) עולה עם ירידה בגובה ההרמה, מה שעלול להוביל לצורך להקטין את המשרעת של כונן מצב ההרמה (ומכאן תנודה), מה שישפיע לרעה על רגישות MFM. רגישות גבוהה נחוצה למדידת מומנטים מגנטיים חלשים מטבעם או במישור, כמו אלה שבדגימות ASI המוצגות באיור 2 ובאיור 5, ולכן נוצרת נקודה של ירידה בתשואות בהקטנת גובה ההרמה אם יש להקריב משרעת תנודה חזקה לשם כך. לכן, יש צורך להתאים באופן איטרטיבי את גובה ההרמה ואת משרעת ההנעה/תנודה לפשרה אופטימלית בין רזולוציית MFM לרגישות עבור הדגימה הנחקרת. במקרה של דגימות ASI, כפי שניתן לראות באיור 5, ניתן לאשר ולשלוט במראה של ממצאים טופוגרפיים בגבהי הרמה נמוכים במיוחד באמצעות שינויים קטנים באמפליטודת ההנעה (תנודה) (או לחילופין, עלייה קלה בגובה ההרמה). לעומת זאת, עבור דגימת Ni-Mn-Ga MSMA המוצגת באיור 6, הניגודיות המגנטית הגדולה בין תחומי ננו-טווין סמוכים פירושה שבסופו של דבר הקטנת גובה ההרמה כדי למקסם את הרזולוציה חשובה יותר מהגדלת משרעת ההנעה/תנודה כדי לשפר את הרגישות.

לסיכום, הטכניקות המתוארות במחקר זה (ראו פרוטוקול וקובץ משלים 1) מציעות יתרונות משמעותיים ומפת דרכים למי ששוקל לבצע הדמיית MFM של תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי. בפרט, היכולת לדמות מומנטים מגנטיים במישור באמצעות MFM ברזולוציה גבוהה ורגישות גבוהה יכולה לספק תובנה משמעותית להבנת המבנה המגנטי של מגוון רחב של מערכות וארכיטקטורות חומרים מלהיבים, כולל קרחוני ספין מלאכותיים וסגסוגות זיכרון של צורות מגנטיות. שני החומרים מציעים מגרש משחקים מרתק להתכנסות עתידית של ננומגנטיות, ננו-מגנוניקה והתקנים פונקציונליים 17,50,51,52. יתר על כן, מצב הקרקע המנוון ביותר של קרחוני ספין מלאכותיים זכה זה מכבר לעניין מדעי כמערכת מודל לפיסיקה של ספין קולקטיבי ולפוטנציאל שלהם בסדר מגנטי מורכב ואי-סדר קולקטיבי, כאשר MFM ממלא תפקיד מפתח במתן אפשרות לגילוי וחקירה של תסכול ב- ASI21. במבט קדימה, הבנת כיוון הדיפול המגנטי, במיוחד בתגובה לשדה מגנטי המופעל23, יכולה להאיץ את היישום של ASIs בננו-אלקטרוניקה ובמחשוב באנרגיה נמוכה, לחולל מהפכה בננו-מגנוניקה ולאפשר את שילובם בחיי היומיום53. בשילוב עם הכנת דגימות קפדנית ובחירת בדיקה מתאימה, MFM מציעה את ההזדמנות הייחודית לספק תמונות ברזולוציה גבוהה של חומרים אלה, ולתדלק את הדורות הבאים של אחסון נתונים, סגסוגות זיכרון צורה, מחשוב ועוד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

כל הדמיות AFM/MFM בוצעו במעבדה למדעי פני השטח של אוניברסיטת בויס סטייט (SSL). מערכת תא הכפפות AFM ששימשה בעבודה זו נרכשה תחת מענק מספר 1727026 של הקרן הלאומית למדע מכשור מחקר ראשי (NSF MRI), אשר סיפק גם תמיכה חלקית עבור PHD, ACP ו- OOM. תמיכה חלקית עבור OOM סופקה גם על ידי NSF קריירה מענק מספר 1945650. המחקר באוניברסיטת דלאוור, כולל ייצור ואפיון מיקרוסקופיית אלקטרונים של מבני ספין-קרח מלאכותיים, נתמך על ידי מחלקת האנרגיה של ארה"ב, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, המחלקה למדעי החומרים וההנדסה תחת פרס DE-SC0020308. המחברים מודים לד"ר מדהה וליגטלה ולפיטר מולנר על דיונים מועילים והכנת דגימות Ni-Mn-Ga המוצגות כאן, כמו גם לד"ר קורי אפאו ולאנס פאטן על תרומתם לנוהל ההפעלה הסטנדרטי של MFM כולל בתיק המשלים 1.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Atomic force microscope Bruker Dimension Icon Uses Nanoscope control software
Glovebox, inert atmosphere MBraun LabMaster Pro MB200B + MB20G gas purification unit Custom design (leaktight electrical feedthroughs, vibration isolation, acoustical noise and air current minimization, etc.) and depth for use with Bruker Dimension Icon AFM, 3 gloves, argon atmosphere
MFM probe Bruker MESP k = 3 N/m, f0 = 75 kHz, r = 35 nm, 400 Oe coercivity, 1 x 10-13 EMU moment. An improved version with tighter specifications, the MESP-V2, is now available. We have also used Bruker's MESP-RC (2x higher resonance frequency than the standard MESP, f0 = 150 kHz, with a marginally stiffer nominal spring constant of 5 N/m) and other MESP variants designed for low (0.3 x 10-13 EMU) or high (3 x 10-13 EMU) moment (i.e., MESP-LM or MESP-HM, respectively) or coercivity. A variety pack of 10 probes containing 4x regular MESP, 3x MESP-LM, and 3x MESP-HM variants is available from Bruker as MESPSP. Other vendors also manufacture MFM probes with specifications similar to the MESP (e.g., PPP-MFMR from Nanosensors, also available in a variety of variants, including -LC for low coercivity, -LM for low moment, and SSS for "super sharp" decreased tip radius; MAGT from AppNano, available in low moment [-LM] and high moment [-HM] variants). Similarly, Team Nanotec offers a line of high resolution MFM probes (HR-MFM) with several options in terms of cantilever spring constant and magnetic coating thickness.
MFM test sample Bruker MFMSAMPLE Section of magnetic recording tape mounted on a 12 mm diameter steel puck; useful for troubleshooting and ensuring the MFM probe is magnetized and functioning properly
Nanscope Analysis Bruker Version 2.0 Free AFM image processing and analysis software package, but proprietary, designed for, and limited to Bruker AFMs; similar functionality is available from free, platform-independent AFM image processing and analysis software packages such as Gwyddion, WSxM, and others
Probe holder Bruker DAFMCH or DCHNM Specific to the particular AFM used; DAFMCH is the standard contact and tapping mode probe holder, suitable for most MFM applications, while DCHNM is a special nonmagnet version for particularly sensitive MFM imaging
Probe magnetizer Bruker DMFM-START MFM "starter kit" designed specifically for the Dimension Icon AFM; includes 1 box of 10 MESP probes (see above), a probe magnetizer (vertically aligned, ~2,000 Oe magnet in a mount designed to accommodate the DAFMCH or DCHNM probe holder, above), and a magnetic tape sample (MFMSAMPLE, above)
Sample Puck Ted Pella 16218 Product number is for 15 mm diameter stainless steel sample puck. Also available in 6 mm, 10 mm, 12 mm, and 20 mm diameters at https://www.tedpella.com/AFM_html/AFM.aspx#anchor842459
Scanning electron microscope (SEM) Zeiss Merlin Gemini II SEM parameters: 5 keV accelaration voltage, 30 pA electron current, 5 mm working distance. Due to nm scale ASI lattice features, the aperture and stigmation alignment were adjusted before acquisition to produce high quality images.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

הנדסה גיליון 185
אופטימיזציה של רזולוציה ורגישות מיקרוסקופית כוח מגנטי כדי להמחיש תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Parker, A. C., Maryon, O. O.,… More

Parker, A. C., Maryon, O. O., Kaffash, M. T., Jungfleisch, M. B., Davis, P. H. Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains. J. Vis. Exp. (185), e64180, doi:10.3791/64180 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter