Name: optimizing magnetic force microscopy resolution and sensitivity to visualize nanoscale magnetic domains
Uploaded: 2022-07-20T14:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains at JoVE.com

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.

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، وإجرا?...

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 ?...

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Atomic force microscope</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Dimension Icon</td>
			<td>Uses Nanoscope control software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glovebox, inert atmosphere</td>
			<td>MBraun</td>
			<td>LabMaster Pro MB200B + MB20G gas purification unit</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MFM probe</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>MESP</td>
			<td>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&#39;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 &#34;super sharp&#34; 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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MFM test sample</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>MFMSAMPLE</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanscope Analysis</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>Version 2.0</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe holder</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>DAFMCH or DCHNM</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe magnetizer</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>DMFM-START</td>
			<td>MFM &#34;starter kit&#34; 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)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample Puck</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16218</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope (SEM)</td>
			<td>Zeiss Merlin</td>
			<td>Gemini II</td>
			<td>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.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimizing magnetic force microscopy resolution and sensitivity to visualize nanoscale magnetic domains

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.

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،<sup class="xre...

Watch this Scientific Journal Video about Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains at JoVE.com

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

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.

تحسين دقة الفحص المجهري للقوة المغناطيسية والحساسية لتصور المجالات المغناطيسية النانوية

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

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.

Research

JoVE Journal

Engineering

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

عالية الحساسية النووية الرنين المغناطيسي في جيجا باسكال الضغوط: أداة جديدة لجس خصائص الالكترونية والكيميائية من المواد المكثفة تحت المتطرفة الشروط

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

إعداد والاحتكاك قوة المجهر قياسات للامتزاج، معارضة فرش بوليمر

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

المرحلة مخطط توصيف باستخدام الخرز المغناطيسي حيث الناقلون السائلة

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for ...

Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

تردد خلط الماسح الكشف المغناطيسي لتصوير الجزيئات المغناطيسية في عينات مستو

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. ...

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

عالية الدقة الحراري مايكرو التصوير عن طريق اليوروبيوم كلات الفلورسنت الطلاء

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

نانومتر الفرعي التصوير القرار مع السعة التشكيل الذرية المجهري القوة في السائل

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

تصنيع النانو المغناطيسية في أغشية نيتريد السيليكون لدراسات دوامة مغناطيسية باستخدام تقنيات الفحص المجهري الإرسال

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

قياس الازاحه العشوائية عن طريق الجمع بين مقياس مغناطيسي واثنين من ألياف براج الحواجز الشبكية

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

Enrich and Expand Rare Antigen-specific T Cells with Magnetic Nanoparticles

إثراء وتوسيع نطاق خلايا نادرة محددة مستضد تي مع جسيمات نانوية مغناطيسية

We have developed a tool to both enrich and expand antigen-specific T cells. This can be helpful in cases such as to A) detect the existence of ...

Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites

تطبيق عامل اقتران لتحسين خصائص عازلة من نانوكومبوسس القائم على البوليمر

In this work, an easy, low-cost, and widely applicable method was developed to improve the compatibility between the ceramic fillers and the polymer ...