Nano Ölçekli Manyetik Etki Alanlarını Görselleştirmek için Manyetik Kuvvet Mikroskobu Çözünürlüğünü ve Duyarlılığını Optimize Etme

Manyetik Kuvvet Mikroskobu veya MFM, örnek topografyasını ve yerel manyetik alan gücünü nano ölçekli çözünürlükle ölçmek için dikey olarak mıknatıslanmış bir atomik kuvvet mikroskobu probu kullanır. Azalan kaldırma yüksekliğini artan tahrik veya salınım genliğine karşı dengeleyerek, MFM uzamsal çözünürlüğü ve hassasiyeti optimize edilebilir. Yapay spin buzlarının spin-dalga hesaplama uygulamaları, magnonik tepkiyi belirlerken nanoelement mıknatıslanma dokularının bilgisine dayanır.

Yüksek çözünürlüklü MFM, buzlu küresel mıknatıslanma durumlarının tanımlanmasını sağlar. Prosedürü gösteren, laboratuvarım için eski bir lisans AFM araştırmacısı olan Boise State Üniversitesi'nde malzeme bilimi ve mühendisliği alanında doktora öğrencisi olan Olivia Maryon olacak. Başlamak için AFM kontrol yazılımını açın ve Elektrikli Manyetik Kaldırma Modları deney kategorisi ve grubu altında MFM çalışma alanını seçin.

Prob tutucuyu dikkatlice bir montaj bloğuna yerleştirerek, ardından probu prob tutucuya yükleyerek, probu hizalayarak ve yaylı bir klipsle yerine sabitleyerek uygun bir prob tutucusuna manyetik kaplamalı bir AFM probu monte edin. Probun tüm kenarlara paralel olduğundan ve tutucunun kanalının arkasına dokunmadığından optik mikroskop altında kontrol ederek emin olun. Probu bir çift cımbızla gerektiği gibi nazikçe manipüle edin.

Probu 2 ila 5 saniye boyunca güçlü, kalıcı bir mıknatıs kullanarak dikey olarak manyetize edin, böylece prob ucunun manyetik dipol yönü numuneye dik olacaktır. AFM muhafazasına dokunarak elektrostatik birikintileri boşaltmaya özen gösterirken AFM kafasını dikkatlice çıkarın. Prob ve prob tutucuyu, prob tutucu üzerindeki delikleri kafadaki temas pimleriyle hizalayarak takın.

Kafayı AFM'ye yeniden takın ve yerine sabitleyin. Lazeri MFM prob konsolunun ortasına ve konuma duyarlı dedektöre hizalayın. Optimum hassasiyet için, konsol arkasındaki lazeri, konsol ucunun distal ucundan uç gerilmesine karşılık gelen konuma hizalayın.

Dedektör üzerindeki yansıyan lazer ışınını ortalamak için sol-sağ ve yukarı-aşağı sapmaları en aza indirirken PSD'deki toplam sinyali en üst düzeye çıkarın. Numuneyi AFM ayna vakum portunun üzerine yerleştirin. Manyetik numune tutucu kullanmaktan kaçının, çünkü bu numuneyi etkileyebilir ve/veya MFM ölçümüne müdahale edebilir.

Numuneyi AFM aşamasına sabitlemek için ayna vakumunu açın. AFM kontrol yazılımına dönün, Kurulum'a gidin ve seçilen prob tipini seçin. Konsolu odaklayın ve seçilen probu temel temel alarak bilinen uç gerilmesini kullanarak MFM prob konsolunun arkasında, ucun bulunduğu yere yerleştirilecek optik mikroskop görünümündeki artı işaretlerini hizalayın.

Gezinme penceresini açın ve AFM aşamasını ve örneği, ilgilenilen bölge doğrudan AFM ipucunun altında olacak şekilde konumlandırın. Numune yüzeyi optik görünümde netleşene kadar AFM kafasını indirin. Kurulum'a geri dönün, El ile Ayarlama'yı seçin ve seçilen probun beklenen rezonans frekansını kapsayacak şekilde seçilen bir bölge boyunca dither piezo sürücü frekansını süpürecek başlangıç ve bitiş frekanslarını seçerek bir konsol ayarı gerçekleştirin.

Bir tahrik frekansı ofseti ve hedef genlik seçin. Ardından konsola ayar yapın ve istenen genlik ayar noktasını ayarlayın. Numune yüzeyine tutun ve numuneye ve ilgilenilen özelliklere bağlı olarak istenen tarama boyutunu ayarlayın.

Genlik Ayar Noktasını, yükseklik sensörü kanalında birbirlerini izleyemeyen iz ve yeniden izleme çizgileri tarafından görüldüğü gibi uç numune yüzeyi ile temasını kaybedene kadar bir ila iki nanometrelik artışlarla artırın. Daha sonra Genlik Ayar Noktasını iki ila dört nanometre azaltın, böylece uç numune yüzeyiyle sadece temas halinde olur. Orantılı ve integral kazanımları, gürültüyü en aza indirirken geri besleme sistemini numune yüzey topografyasını izlemeye zorlayacak kadar yüksek olacak şekilde ayarlayarak optimize edin.

AFM topografya görüntüleme parametreleri optimize edildikten sonra, yüzeyden kısa bir mesafe çekin ve prob ayar menüsüne geri dönün. Araya eklenmiş kaldırma modu MFM hattını elde etmek için kullanılacak ikinci bir konsol melodisi gerçekleştirin ve bu ayarın sonuçlarının önceki ana hat parametrelerinden bağlantısını kaldırdığınızdan emin olun. Araya eklenmiş kaldırma modu ayarında, tepe ofsetini %0 olarak ayarlayın Probun rezonans frekansını kapsayan bir bölge boyunca kuru frekansı süpürecek başlangıç ve bitiş frekanslarını seçin.

Araya eklenmiş kaldırma modu hedef genliğini, ana hat hedef genliğinden biraz daha az olacak şekilde ayarlayın. Bu, optimum yanal çözünürlük için düşük kaldırma yükseklikleri kullanılırken yüzeye çarpmadan yüksek hassasiyetli MFM görüntülemeyi mümkün kılar. Yüzeyde yeniden bağlantı kurmak için konsol ayar penceresini bırakın.

Görüntüleme parametrelerini optimize etmek için, ilk Kaldırma Tarama Yüksekliğini 25 nanometreye ayarlayın, ardından iki ila beş nanometrelik artışlarla kademeli olarak azaltın. Prob sadece yüzeye çarpmaya başladığında, prob ucunu korumak ve topografik eserlerin ortaya çıkmasını önlemek için tarama yüksekliğini hemen artırın. Tahrik genliğini, ara bırakma tahrik genliği ana hat tahrik genliğini aşana veya prob yüzeye temas etmeye başlayana kadar salınım genliğinde iki ila beş nanometreye karşılık gelen küçük artışlarla artırın.

Ardından, MFM faz kanalında ani yükselmeler görülmemesi için sürücü genliğini hafifçe azaltın. Topografik yapıtlardan arındırılmış yüksek çözünürlüklü bir MFM görüntüsü elde edilene kadar Kaldırma Tarama Yüksekliğini yinelemeli olarak optimize etmeye devam edin ve genliği giderek daha küçük artışlarla ayarlayarak genliği sürün. Manyetik kuvvet mikroskobu, ikiz sınırları görüntülemek ve uygulanan bir manyetik alana veya kuvvete yanıt olarak hareketlerini izlemek için kullanılır.

Cilalı, tek kristalli nikel-manganez-galyum numunesinin manyetik faz görüntüleri, ikiz sınırlar boyunca karakteristik merdiven basamağı manyetik yönünü göstermektedir. Numunenin 3D topografyasının üzerine renkli bir deri olarak bindirilmiş manyetik faz görüntüsü, topografik özelliklerde değişen manyetik alanların uzun yönünü gösterir. MFM uzamsal çözünürlüğünü ve hassasiyetini optimize etmek, inert bir atmosferik torpido gözünde çalışmaktan yararlanır ve azalan kaldırma yüksekliğini artan tahrik veya salınım genliğine karşı dengelemeyi gerektirir.

Yüksek çözünürlüklü, yüksek hassasiyetli MFM, yapay spin buz durumlarında altta yatan mıknatıslanma konfigürasyonlarını incelemek için çok önemlidir ve ayrıca hızla gelişen spin-dalga hesaplama alanını da ilerledebilir.