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

Al AFM / MFM-billeddannelse blev udført i Boise State University Surface Science Laboratory (SSL). Handskerummet AFM-systemet, der blev brugt i dette arbejde, blev købt under National Science Foundation Major Research Instrumentation (NSF MRI) Grant Number 1727026, som også gav delvis støtte til PHD, ACP og OOM. Delvis støtte til OOM blev yderligere ydet af NSF CAREER Grant Number 1945650. Forskning ved University of Delaware, herunder fabrikation og elektronmikroskopi karakterisering af kunstige spin-isstrukturer, blev støttet af US Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering under Award DE-SC0020308. Forfatterne takker Dr. Medha Veligatla og Peter Müllner for nyttige diskussioner og forberedelse af Ni-Mn-Ga-prøverne, der er vist her, samt Dr. Corey Efaw og Lance Patten for deres bidrag til MFM-standardoperationsproceduren, herunder i den supplerende fil 1.

BEMÆRK: Ud over protokollen nedenfor er en detaljeret trin-for-trin MFM standardoperationsprocedure (SOP), der er specifik for det instrument, der bruges her, og rettet mod generel MFM-billeddannelse inkluderet som supplerende fil 1. For at supplere videodelen af dette manuskript indeholder SOP'et billeder af sondeholderen, tip magnetisator og magnetiseringsprocedure, softwareindstillinger osv.
1. Forberedelse og installation af MFM-sonde
<ol><li>Åbn AFM-k...

MFM-billeddannelse i høj opløsning kræver, at der først anskaffes en tilsvarende high-fidelity-topografiscanning med høj opløsning for hver linje. Denne topografiscanning opnås typisk gennem intermitterende kontakt- eller tryktilstand AFM, som anvender et amplitudemodulationsfeedbacksystem til billedprøvetopografi47. Nøjagtigheden af topografiscanningen kan optimeres ved at justere amplitude-sætpunktet for cantileveren og feedbackgevinster som beskrevet i protokollen. Amplitude-sætpunkt...

Magnetisk kraftmikroskopi (MFM), en scanningssondemikroskopi (SPM) afledt af atomkraftmikroskopi (AFM), muliggør billeddannelse af de relativt svage, men langtrækkende magnetiske kræfter, der opleves af en magnetiseret sondespids, når den bevæger sig over en prøveoverflade 1,2,3,4,5. AFM er en ikke-destruktiv karakteriseringsteknik, der anvender en nanometerskalaspids i slutningen af en bøjelig udkragning til at kortlægge overfladetopografi6 samt måle materiale (f.eks. Mekaniske, elektriske og magnetiske) egenskaber 7,8,9 med nanoskalaopløsning. Afbøjning af cantileveren på grund af tip-prøve-interaktioner af interesse måles via refleksion af en laser fra bagsiden af cantileveren og ind i en positionsfølsom fotodiode10. Højopløsningsbilleddannelse af et materiales lokale magnetiske egenskaber via MFM giver den unikke mulighed for at karakterisere magnetfeltstyrken og orienteringen i nye materialer, strukturer og enheder på nanoskalaen 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . For at udføre MFM svinges en AFM-sonde, hvis spids er magnetiseret lodret (dvs. vinkelret på sondens udkragning og prøveoverflade) mekanisk svinget ved sin naturlige resonansfrekvens i en fast højde over prøveoverfladen. Resulterende ændringer i svingningsamplitude (mindre følsom og dermed mindre almindelig), frekvens eller fase (beskrevet her) overvåges derefter for at måle magnetfeltstyrken kvalitativt. Mere specifikt producerer frekvensmodulation MFM et kort over skift i svingningsfrekvensen eller fasen, proportional med størrelsen og tegnet på den magnetiske kraftgradient, der opleves af sonden. For at opretholde en konstant højde over prøven under MFM-målinger anvendes der typisk en dual-pass-driftsform. Prøvetopografien kortlægges først via standard AFM-teknikker, efterfulgt af sammenflettet MFM-billeddannelse af hver sekventiel scanningslinje ved en brugerbestemt løftehøjde (titusinder til hundreder af nm) fra prøveoverfladen. Ved at anvende en sådan interleaved dual-pass acquisition mode muliggør adskillelse af de kortdistance tip-sample van der Waals-interaktioner, der bruges til at kortlægge topografien fra de relativt langtrækkende magnetiske kræfter, der opleves under interleaved lift mode pass. Imidlertid øges MFM's rumlige opløsning med faldende løftehøjde18, så der er en iboende spænding mellem at øge MFM-opløsningen og undgå topografiske artefakter på grund af van der Waals-kræfter. Ligeledes er MFM-følsomheden proportional med svingningsamplituden under løftetilstandspasset, men den maksimalt tilladte svingningsamplitude er begrænset af løftehøjden og hurtige ændringer i prøvetopografi (dvs. funktioner med højt billedformat).
Nylige undersøgelser har fremhævet det væld af muligheder, der er forbundet med anvendelsen af nanomagnetisme og nanomagnonics, udviklet via kunstige spin-ice (ASI) strukturer og magnoniske krystaller, som fungerende enheder til logik, beregning, kryptering og datalagring19,20,21,22 . Sammensat af nanomagneter arrangeret i forskellige udvidede gitterformationer udviser kunstige spin-is nye magnetiske dipoler eller monopoler, der kan styres via en ekstern stimulus 19,20,23,24,25. Generelt favoriserer ASI'er en momentkonfiguration, der minimerer energien (f.eks. I en todimensionel (2D) firkantet ASI peger to øjeblikke ind og to peger ud af hvert toppunkt), hvor lavenergimikrostaterne følger regler analoge med krystallinske spin-is-materialer21,26,27,28 . Tilsvarende viste en nylig MFM-aktiveret undersøgelse et tredimensionelt (3D) ASI-gittersystem konstrueret af sjældne jordarters spins placeret på hjørnedelingstetraedre, hvor to spins peger mod midten af tetraederen og to spins peger ud, hvilket resulterer i to lige og modsatte magnetiske dipoler og dermed en netto nul magnetisk ladning ved tetraedercentrene23 . Afhængigt af justeringen af et påført magnetfelt i forhold til prøveoverfladen blev der observeret signifikante forskelle i den magnetiske rækkefølge og korrelationslængden. Justeringen og kontrollen af ASI-dipoler berettiger derfor til yderligere undersøgelser. Metoder til måling af ASI-magnetfeltfordelinger har inkluderet anvendelse af et magneto-optisk støjspektrometer29 eller røntgenmagnetisk cirkulær dikroisme fotoemission elektronmikroskopi (XMCD-PEEM)25; men for at opnå rumlige opløsninger, der er lig med eller større end MFM med XMCD-PEEM, kræves ekstremt korte bølgelængder (dvs. røntgenstråler med høj energi). MFM tilbyder en meget enklere karakteriseringsteknik, der ikke kræver eksponering af prøver for potentielt skadelige røntgenstråler med høj energi. Derudover er MFM blevet brugt til ikke kun at karakterisere ASI-mikrostater21,23,27, men også til topologisk defektdrevet magnetisk skrivning ved hjælp af høje magnetiske momentspidser30. Derfor kan MFM spille en afgørende rolle i at fremme ASI-forskning og -udvikling, specifikt gennem dets evne til at korrelere prøvetopografi med magnetfeltstyrke og orientering og derved afsløre de magnetiske dipoler, der er forbundet med specifikke topografiske træk (dvs. ASI-gitterelementer).
MFM med høj opløsning giver ligeledes betydelig indsigt i forholdet mellem strukturen af ferromagnetiske formhukommelseslegeringer og deres nanoskala magnetomekaniske egenskaber 14,17,31,32,33. Ferromagnetiske form hukommelseslegeringer, almindeligvis benævnt magnetisk form hukommelseslegeringer (MSMA'er), udviser store (op til 12%) magnetfeltinducerede stammer, båret gennem dobbelt grænsebevægelse 29,33,34,35. MFM-teknikker er blevet brugt til at undersøge de komplekse forhold mellem twinning under deformation og martensitisk transformation, indrykning, mikrosøjledeformation og nanoskala magnetiske reaktioner af MSMAs15,16,17,36. Af særlig opmærksomhed er MFM blevet kombineret med nanoindentation for at skabe og læse en fire-state nanoskala magnetomekanisk hukommelse17. På samme måde forfølges næste generations magnetiske optagelsesteknologier via varmeassisteret magnetisk optagelse (HAMR), der opnår lineære tætheder på 1975 kBPI og sportætheder på 510 kTPI37. Den øgede arealtæthed, der kræves for at muliggøre større, mere kompakt datalagring, har resulteret i en betydelig reduktion i den definerede sporhøjde for HAMR-teknologier, hvilket understreger behovet for MFM-billeddannelse i høj opløsning.
Ud over ASI'er og MSMA'er er MFM med succes blevet brugt til at karakterisere forskellige magnetiske nanopartikler, nanoarrays og andre typer magnetiske prøver 3,38,39. Imidlertid er ultimativ MFM-opløsning og følsomhed begrænset både af ting uden for brugerens kontrol (f.eks. AFM-detektionselektronik, MFM-sondeteknologi, underliggende fysik osv.) og af valg af billedparametre og miljø. I mellemtiden fortsætter funktionsstørrelser i magnetiske enheder med at falde40,41, hvilket skaber mindre magnetiske domæner, hvilket gør MFM-billeddannelse stadig mere udfordrende. Derudover er de magnetiske dipoler af interesse ikke altid orienteret ud af plan parallelt med sondens magnetiseringsvektor. Højopløsningsbilleddannelse af de omstrejfende felter, der stammer fra enderne af in-plane eller næsten in-plane orienterede dipoler, som det er tilfældet i ASI-strukturerne vist her, kræver større følsomhed. Opnåelse af MFM-billeder i høj opløsning, især af sådanne magnetiserede prøver i plan sammensat af magnetiske domæner i nanoskala, afhænger således af passende valg af MFM-sonde (f.eks. tykkelse, tvang og moment af den magnetiske belægning, som til tider kan være i modstrid med forbedring af følsomheden eller lateral opløsning18 eller bevarelse af prøvens magnetiske justering30 ), billeddannelsesparametre (f.eks. løftehøjde og svingningsamplitude som nævnt ovenfor samt minimering af slid på spidsbelægning under topografilinjebilleddannelse) og prøvekvalitet (f.eks. overfladeruhed og forurening, herunder polering af snavs eller overfladevand på grund af omgivende fugtighed). Især kan tilstedeværelsen af vand, der adsorberes på prøveoverfladen på grund af den omgivende fugtighed, indføre stærke tip-sample van der Waals-kræfter, der i væsentlig grad kan forstyrre måling af magnetiske kræfter og begrænse den mindste opnåelige løftehøjde for MFM-målinger. MFM-drift i et handskerum i en inaktiv atmosfære eliminerer næsten alle overfladeforurenende stoffer, hvilket giver mulighed for lavere løftehøjder og højere opløsning kombineret med større følsomhed. I de eksempler på prøver, der er vist her, er der derfor anvendt et AFM-system, der er anbragt i et brugerdefineret inert atmosfærehandskerum fyldt med argon (Ar) indeholdende <0,1 ppm ilt(O2) og vand (H2O) for at muliggøre ekstremt lave løftehøjder (ned til 10 nm). Dette muliggør efterfølgende udsøgt højopløsnings MFM-billeddannelse, der er i stand til at løse skiftende magnetiske domæner <200 nm brede inden for en større krystallografisk tvilling og magnetiske dipoler (nanoskala stangmagneter) <100 nm brede og ~ 250 nm lange.
Denne artikel forklarer, hvordan man erhverver MFM-billeder i høj opløsning og høj følsomhed ved at kombinere brugen af et handskerum i inaktiv atmosfære med omhyggelig prøveforberedelse og optimalt valg af billedparametre. De beskrevne metoder er især værdifulde til billeddannelse af planorienterede dipoler, som traditionelt er vanskelige at observere, og derfor præsenteres eksemplariske MFM-billeder i høj opløsning af både Ni-Mn-Ga MSMA-krystaller, der udviser forskellige magnetiske nanoskala-domæner inden for krystallografiske tvillinger og på tværs af tvillingegrænser samt nanomagnetiske ASI-arrays fremstillet med en magnetisk dipolorientering i plan. Forskere inden for en lang række områder, der ønsker MFM-billeddannelse i høj opløsning, kan have stor gavn af at anvende den protokol, der er skitseret her, samt diskussionen om potentielle udfordringer såsom topografiske artefakter.

<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

Magnetisk kraftmikroskopi (MFM) muliggør kortlægning af lokale magnetfelter på tværs af en prøveoverflade med nanoskalaopløsning. For at udføre MFM svinges en atomkraftmikroskopi (AFM) sonde, hvis spids er magnetiseret lodret (dvs. vinkelret på sondens udkragning) i en fast højde over prøveoverfladen. De resulterende skift i svingningsfasen eller frekvensen, som er proportionale med størrelsen og tegnet af den lodrette magnetiske kraftgradient ved hver pixelplacering, spores og kortlægges derefter. Selvom teknikkens rumlige opløsning og følsomhed øges med faldende løftehøjde over overfladen, kompliceres denne tilsyneladende ligetil vej til forbedrede MFM-billeder af overvejelser som minimering af topografiske artefakter på grund af van der Waals-kræfter med kortere rækkevidde, forøgelse af svingningsamplituden for yderligere at forbedre følsomheden og tilstedeværelsen af overfladeforurenende stoffer (især vand på grund af fugtighed under omgivende forhold). På grund af orienteringen af sondens magnetiske dipolmoment er MFM desuden i sig selv mere følsom over for prøver med en magnetiseringsvektor uden for plan. Her rapporteres topografiske og magnetiske fasebilleder i høj opløsning af enkelt- og bikomponent nanomagnetiske kunstige spin-ice (ASI) arrays opnået i et inert (argon) atmosfærehandskerum med <0,1 ppm O 2 og H2O. Optimering af løftehøjde og drevamplitude for høj opløsning og følsomhed, samtidig med at man undgår introduktion af topografiske artefakter, diskuteres, og detektion af de omstrejfende magnetfelter, der stammer fra hver ende af nanoskala stangmagneterne (~ 250 nm lange og <100 nm brede) justeret i planet for ASI-prøveoverfladen, vises. Ligeledes demonstreres MFM ved hjælp af eksemplet med en Ni-Mn-Ga magnetisk formhukommelseslegering (MSMA) i en inert atmosfære med magnetisk fasefølsomhed, der er i stand til at løse en række tilstødende magnetiske domæner, der hver er ~ 200 nm brede.

Kunstige spin-ice (ASI) gitter Kunstige spin-is er litografisk definerede todimensionelle netværk af interagerende nanomagneter. De udviser frustration over design (dvs. eksistensen af mange lokale minima i energilandskabet)21,42,43. MFM-billeddannelse i høj opløsning for at belyse de magnetiske konfigurationer og interaktioner mellem arraykomponenterne giver den unikke mulighed for bedre at forstå gitter...

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

Magnetisk kraftmikroskopi (MFM) anvender en lodret magnetiseret atomkraftmikroskopisonde til måling af prøvetopografi og lokal magnetfeltstyrke med nanoskalaopløsning. Optimering af MFM's rumlige opløsning og følsomhed kræver afbalancering af faldende løftehøjde mod stigende drevamplitude (oscillation) og drager fordel af at arbejde i et handskerum i inaktiv atmosfære.

Optimering af magnetisk kraftmikroskopiopløsning og følsomhed for at visualisere magnetiske domæner i nanoskala

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

Magnetisk kraftmikroskopi, eller MFM, anvender en lodret magnetiseret atomkraftmikroskopisonde til måling af prøvetopografi og lokal magnetfeltstyrke med nanoskalaopløsning. Ved at afbalancere faldende løftehøjde mod stigende drev- eller svingningsamplitude kan MFM's rumlige opløsning og følsomhed optimeres. Spin-wave computing applikationer af kunstige spin ices er afhængige af viden om nanoelement magnetisering teksturer, da de bestemmer den magnoniske respons.MFM med høj opløsning muliggør identifikation af iskolde globale magnetiseringstilstande. Olivia Maryon, en nuværende ph.d.-studerende i materialevidenskab og teknik ved Boise State University, en tidligere bachelor AFM-forsker for mit laboratorium, demonstrerer proceduren. Til at begynde med skal du åbne AFM-styringssoftwaren og vælge MFM-arbejdsområdet under eksperimentkategorien og gruppen Elektriske magnetiske løftetilstande.Monter en AFM-sonde med en magnetisk belægning på en passende sondeholder ved forsigtigt at placere sondeholderen på en monteringsblok, derefter lægge sonden på sondeholderen, justere sonden og fastgøre den på plads med en fjederbelastet klemme. Sørg for, at sonden er parallel med alle kanter og ikke rører bagsiden af holderens kanal ved at inspicere den under et optisk mikroskop. Manipuler forsigtigt sonden efter behov med en pincet.Magnetiser sonden lodret ved hjælp af en stærk, permanent magnet i 2 til 5 sekunder, så sondespidsens magnetiske dipolorientering vil være vinkelret på prøven. Fjern forsigtigt AFM-hovedet, mens du sørger for at aflade enhver elektrostatisk opbygning ved at røre ved AFM-kabinettet. Installer sonde- og sondeholderen ved at justere hullerne på sondeholderen med kontaktstifterne på hovedet.Geninstaller hovedet på AFM'en, og fastgør det på plads. Juster laseren på midten af MFM-sondens udkragning og ind i den positionsfølsomme detektor. For optimal følsomhed skal laseren på bagsiden af udkraden justeres til det sted, der svarer til spidsen tilbageslag fra den distale ende af udkragningen.Maksimer sumsignalet på PSD'en, mens du minimerer venstre-højre og op-ned-afbøjninger for at centrere den reflekterede laserstråle på detektoren. Placer prøven over AFM-chuckens vakuumport. Undgå at bruge en magnetisk prøveholder, da dette kan påvirke prøven og/eller forstyrre MFM-målingen.Tænd for chuckvakuumet for at fastgøre prøven til AFM-trinnet. Gå tilbage til AFM-kontrolsoftwaren, gå til Opsætning, og vælg den valgte sondetype. Bring udkragningen i fokus, og juster trådkorset i den optiske mikroskopvisning, så det placeres over bagsiden af MFM-sondens udkragning, hvor spidsen er placeret, ved hjælp af det kendte spidstilbageslag baseret på den valgte sonde.Åbn vinduet Naviger, og placer AFM-stadiet og prøveeksemplaret, så interesseområdet er direkte under AFM-spidsen. Sænk AFM-hovedet, indtil prøveoverfladen kommer i fokus i den optiske visning. Gå tilbage til Opsætning, vælg Manuel tune, og udfør en cantilever-melodi ved at vælge start- og slutfrekvenser, der fejer dither piezo-drevfrekvensen hen over et område, der er valgt til at spænde over den valgte sondefrekvens.Vælg en drevfrekvensforskydning og målamplitude. Indstil derefter cantileveren og indstil det ønskede amplitudesætpunkt. Aktivér prøveoverfladen, og indstil den ønskede scanningsstørrelse afhængigt af prøven og funktionerne af interesse.Forøg amplitude-sætpunktet i trin på en til to nanometer, indtil spidsen bare mister kontakten med prøveoverfladen, som det ses af spor- og retrace-linjerne, der ikke sporer hinanden i højdesensorkanalen. Reducer derefter amplitudesætpunktet med to til fire nanometer, så spidsen kun er i kontakt med prøveoverfladen. Optimer de proportionale og integrerede gevinster ved at justere dem, så de er høje nok til at tvinge feedbacksystemet til at spore prøveoverfladens topografi, samtidig med at støj minimeres.Når AFM-topografibilledparametrene er optimeret, skal du trække en kort afstand fra overfladen og vende tilbage til sondeindstillingsmenuen. Udfør en anden cantilever-melodi, der skal bruges til at erhverve MFM-linjen i flettet løftetilstand, og sørg for at fjerne linket til resultaterne af denne melodi fra de tidligere hovedlinjeparametre. I den sammenflettede løftetilstandsmelodi skal du indstille topforskydningen til 0% Vælg start- og slutfrekvenser, der fejer tørfrekvensen hen over et område, der spænder over sondens resonansfrekvens.Juster målamplituden i flettet løftetilstand til at være lidt mindre end hovedlinjemålamplituden. Dette muliggør MFM-billeddannelse med høj følsomhed uden at ramme overfladen, når du bruger lave løftehøjder for optimal lateral opløsning. Lad vinduet med udkragninger være tændt igen på overfladen.For at optimere billedparametrene skal du indstille den indledende løftescanningshøjde til 25 nanometer og derefter gradvist falde i intervallerne på to til fem nanometer. Når sonden begynder at ramme overfladen, skal du straks øge scanningshøjden for at bevare sondespidsen og forhindre introduktion af topografiske artefakter. Forøg drevamplituden i små trin svarende til to til fem nanometer i svingningsamplitude, indtil interleave-drevamplituden overstiger hovedlinjedrevets amplitude, eller sonden begynder at kontakte overfladen.Reducer derefter drevamplituden lidt, så der ikke ses pigge i MFM-fasekanalen. Fortsæt iterativt med at optimere Lift Scan Height og drevamplitude ved at justere i gradvist mindre trin, indtil der opnås et MFM-billede i høj opløsning uden topografiske artefakter. Magnetisk kraftmikroskopi bruges til at afbilde tvillingegrænser og spore deres bevægelse som reaktion på et påført magnetfelt eller kraft.De magnetiske fasebilleder af den polerede, enkeltkrystal nikkel-mangan-galliumprøve viser den karakteristiske trappetrin magnetiske orientering på tværs af de to grænser. Det magnetiske fasebillede overlejret som en farvet hud oven på prøvens 3D-topografi viser den lange retning af de magnetiske domæner, der skifter ved de topografiske træk. Optimering af MFM's rumlige opløsning og følsomhed drager fordel af at arbejde i et inert atmosfærisk handskerum og kræver balancering af faldende løftehøjde mod stigende drev- eller svingningsamplitude.MFM med høj opløsning, høj følsomhed er afgørende for at studere de underliggende magnetiseringskonfigurationer i kunstige spin-isstatusser og kan også fremme det hurtigt voksende felt inden for spin-wave computing.

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

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance på Giga-Pascal tryk: et nyt værktøj til Sondering Elektronisk og kemiske egenskaber af kondenserede stoffer under ekstreme forhold

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

Forberedelse og Friction force mikroskopi Målinger af blandbar, der modsætter Polymer Børster

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

Fase Diagram Karakterisering Brug magnetiske perler som flydende bærestoffer

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

Frekvens Blanding Magnetisk Detection scanner til Imaging magnetiske partikler i Plane Prøver

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

Høj opløsning Termisk Micro-imaging Brug europiumchelat Selvlysende Coatings

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

Sub-nanometer Resolution Imaging med Amplitude-modulation Atomic force mikroskopi i Liquid

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

Fabrikation af magnetiske nanostrukturer på Silicon Nitride membraner til magnetiske Vortex undersøgelser ved hjælp af Transmission mikroskopi-teknikker

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

En måling med tilfældig forskydning ved at kombinere en magnetisk skala og to fiber

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

Berige og udvide sjældne Antigen-specifikke T-celler med magnetisk nanopartikler

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

Anvendelse af et koblingsmiddel til at forbedre de dielektriske egenskaber polymer-baserede nanokompositter

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