자기력 현미경(MFM)은 수직으로 자화된 원자력 현미경 프로브를 사용하여 나노 스케일 분해능으로 샘플 지형과 국소 자기장 강도를 측정합니다. 리프트 높이 감소와 드라이브 또는 진동 진폭 증가의 균형을 유지함으로써 MFM 공간 분해능과 감도를 최적화할 수 있습니다. 인공 스핀 아이스의 스핀 웨이브 컴퓨팅 응용 프로그램은 마그노 닉 반응을 결정할 때 나노 원소 자화 텍스처에 대한 지식에 의존합니다.
고분해능 MFM을 통해 얼음이 많은 글로벌 자화 상태를 식별할 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 것은 보이시 주립 대학의 재료 과학 및 공학 박사 과정 학생 인 올리비아 메리온 (Olivia Maryon)이 될 것입니다. 시작하려면 AFM 제어 소프트웨어를 열고 전기 자기 리프트 모드 실험 범주 및 그룹에서 MFM 작업 공간을 선택합니다.
프로브 홀더를 장착 블록에 조심스럽게 놓은 다음 프로브를 프로브 홀더에 로드하고 프로브를 정렬하고 스프링 장착 클립으로 제자리에 고정하여 마그네틱 코팅이 된 AFM 프로브를 적절한 프로브 홀더에 장착합니다. 프로브가 모든 가장자리와 평행하고 광학 현미경으로 검사하여 홀더의 채널 뒷면에 닿지 않도록 하십시오. 필요에 따라 한 쌍의 핀셋으로 프로브를 부드럽게 조작하십시오.
강력한 영구 자석을 사용하여 프로브를 수직으로 2-5 초 동안 자화하여 프로브 팁의 자기 쌍극자 방향이 샘플에 수직이되도록합니다. AFM 인클로저를 만져 정전기 축적물을 방전시키면서 AFM 헤드를 조심스럽게 제거하십시오. 프로브 홀더의 구멍을 헤드의 접촉 핀에 맞춰 프로브와 프로브 홀더를 설치합니다.
AFM에 헤드를 다시 설치하고 제자리에 고정합니다. 레이저를 MFM 프로브 캔틸레버의 중앙과 위치 감지 검출기에 정렬합니다. 최적의 감도를 위해 캔틸레버 뒷면의 레이저를 캔틸레버의 말단부에서 팁 셋백에 해당하는 위치에 맞춥니다.
PSD의 합 신호를 최대화하면서 좌우 및 상하 편향을 최소화하여 반사된 레이저 빔을 검출기에 중앙에 배치합니다. 샘플을 AFM 척 진공 포트 위에 놓습니다. 자기 샘플 홀더는 샘플에 영향을 미치거나 MFM 측정을 방해할 수 있으므로 사용하지 마십시오.
척 진공을 켜서 샘플을 AFM 스테이지에 고정합니다. AFM 제어 소프트웨어로 돌아가서 설정으로 이동하여 선택한 프로브 유형을 선택하십시오. 캔틸레버에 초점을 맞추고 광학 현미경 보기 내에서 십자선을 정렬하여 선택한 프로브를 기반으로 알려진 팁 셋백을 사용하여 팁이 있는 MFM 프로브 캔틸레버의 후면에 배치합니다.
탐색 창을 열고 관심 영역이 AFM 팁 바로 아래에 오도록 AFM 스테이지와 샘플을 배치합니다. 광학 보기에서 샘플 표면에 초점이 맞춰질 때까지 AFM 헤드를 내립니다. 설정으로 돌아가서 수동 튜닝을 선택하고 선택한 프로브의 예상 공진 주파수에 걸쳐 선택한 영역에서 디더 피에조 구동 주파수를 스윕하는 시작 및 끝 주파수를 선택하여 캔틸레버 튜닝을 수행합니다.
드라이브 주파수 오프셋 및 목표 진폭을 선택합니다. 그런 다음 캔틸레버를 조정하고 원하는 진폭 설정점을 설정합니다. 샘플 표면에 결합하고 관심 있는 샘플과 피처에 따라 원하는 스캔 크기를 설정합니다.
높이 센서 채널에서 서로를 추적하지 못하는 트레이스 및 리트레이스 라인에서 볼 수 있듯이 팁이 샘플 표면과의 접촉을 잃을 때까지 진폭 설정점을 1-2나노미터 단위로 늘립니다. 그런 다음 진폭 설정값을 2-4나노미터 줄여 팁이 샘플 표면과 접촉하도록 합니다. 비례 및 적분 이득을 조정하여 최적화하여 피드백 시스템이 노이즈를 최소화하면서 샘플 표면 지형을 추적하도록 할 수 있을 만큼 충분히 높도록 합니다.
AFM 지형 이미징 매개변수가 최적화되면 표면에서 짧은 거리를 빼고 프로브 튜닝 메뉴로 돌아갑니다. 인터리브 리프트 모드 MFM 라인을 획득하는 데 사용할 두 번째 캔틸레버 튜닝을 수행하여 이전 메인라인 매개변수에서 이 튜닝의 결과를 연결 해제해야 합니다. 인터리브 리프트 모드 튜닝에서 피크 오프셋을 0%Select 시작 및 끝 주파수로 설정하여 프로브의 공진 주파수에 걸쳐 있는 영역에서 건조 주파수를 스윕합니다.
인터리브 리프트 모드 대상 진폭을 메인 라인 대상 진폭보다 약간 작게 조정합니다. 이렇게 하면 최적의 측면 해상도를 위해 낮은 리프트 높이를 사용할 때 표면에 부딪히지 않고 고감도 MFM 이미징이 가능합니다. 캔틸레버 튜닝 창을 그대로 두어 표면에 다시 결합하십시오.
이미징 파라미터를 최적화하려면 초기 리프트 스캔 높이를 25나노미터로 설정한 다음 2-5나노미터 단위로 점진적으로 줄입니다. 프로브가 표면에 닿기 시작하면 즉시 스캔 높이를 높여 프로브 팁을 보존하고 지형 아티팩트의 도입을 방지합니다. 인터리브 구동 진폭이 메인라인 구동 진폭을 초과하거나 프로브가 표면에 접촉하기 시작할 때까지 진동 진폭에서 2-5나노미터에 해당하는 작은 증분으로 구동 진폭을 증가시킵니다.
그런 다음 MFM 위상 채널에 스파이크가 보이지 않도록 드라이브 진폭을 약간 줄입니다. 지형 아티팩트가 없는 고해상도 MFM 이미지를 얻을 때까지 점진적으로 더 작은 증분으로 조정하여 리프트 스캔 높이와 드라이브 진폭을 반복적으로 최적화합니다. 자기력 현미경은 쌍둥이 경계를 이미지화하고 적용된 자기장 또는 힘에 반응하여 움직임을 추적하는 데 사용됩니다.
연마된 단결정 니켈-망간-갈륨 샘플의 자기 위상 이미지는 쌍둥이 경계를 가로지르는 특징적인 계단 자기 방향을 보여줍니다. 샘플의 3D 지형 위에 컬러 스킨으로 오버레이 된 자기 위상 이미지는 지형적 특징에서 전환되는 자기 도메인의 긴 방향을 보여줍니다. MFM 공간 분해능과 감도를 최적화하려면 불활성 대기 글러브 박스에서 작동하면 이점이 있으며 리프트 높이 감소와 드라이브 또는 진동 진폭 증가의 균형을 맞춰야 합니다.
고해상도, 고감도 MFM은 인공 스핀 아이스 상태에서 기본 자화 구성을 연구하는 데 중요하며 빠르게 발전하는 스핀 웨이브 컴퓨팅 분야를 발전시킬 수도 있습니다.
