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

Alle AFM/MFM-beeldvorming werd uitgevoerd in het Boise State University Surface Science Laboratory (SSL). Het dashboardkastje AFM-systeem dat in dit werk werd gebruikt, werd gekocht onder national science foundation Major Research Instrumentation (NSF MRI) Grant Number 1727026, die ook gedeeltelijke ondersteuning bood voor PHD, ACP en OOM. Gedeeltelijke steun voor OOM werd verder verstrekt door NSF CAREER Grant Number 1945650. Onderzoek aan de Universiteit van Delaware, inclusief fabricage en elektronenmicroscopiekarakterisering van kunstmatige spin-ijsstructuren, werd ondersteund door het Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering onder Award DE-SC0020308. De auteurs bedanken Drs. Medha Veligatla en Peter Müllner voor nuttige discussies en voorbereiding van de Ni-Mn-Ga-monsters die hier worden getoond, evenals Dr. Corey Efaw en Lance Patten voor hun bijdragen aan de MFM-standaard operationele procedure, inclusief in het aanvullende bestand 1.

OPMERKING: In aanvulling op het onderstaande protocol is een gedetailleerde stapsgewijze MFM-standaardwerkprocedure (SOP) opgenomen die specifiek is voor het instrument dat hier wordt gebruikt en gericht is op algemene MFM-beeldvorming als aanvullend bestand 1. Om het videogedeelte van dit manuscript aan te vullen, bevat de SOP afbeeldingen van de sondehouder, tipmagneetmachine en magnetisatieprocedure, software-instellingen, enz.
1. Voorbereiding en installatie van MFM-...

MFM-beeldvorming met hoge resolutie vereist dat voor elke lijn eerst een overeenkomstige high-resolution, high-fidelity topografiescan wordt verkregen. Deze topografiescan wordt meestal verkregen via intermitterend contact of tikmodus AFM, die een amplitudemodulatiefeedbacksysteem gebruikt om sample topografie47 in beeld te brengen. De betrouwbaarheid van de topografiescan kan worden geoptimaliseerd door het amplitude-instelpunt van de cantilever en feedbackwinsten aan te passen zoals beschreven i...

Magnetische krachtmicroscopie (MFM), een scanning probe microscopie (SPM) afgeleide van atoomkrachtmicroscopie (AFM), maakt beeldvorming mogelijk van de relatief zwakke maar lange afstand magnetische krachten die een gemagnetiseerde sondepunt ervaart terwijl deze zich boven een monsteroppervlakbevindt 1,2,3,4,5. AFM is een niet-destructieve karakteriseringstechniek die een tip op nanometerschaal aan het einde van een buigzame cantilever gebruikt om oppervlaktetopografie6 in kaart te brengen en materiaal (bijv. Mechanische, elektrische en magnetische) eigenschappen 7,8,9 met nanoschaalresolutie te meten. De afbuiging van de cantilever als gevolg van tip-sample interacties van belang wordt gemeten via reflectie van een laser van de achterkant van de cantilever en in een positiegevoelige fotodiode10. Beeldvorming met hoge resolutie van de lokale magnetische eigenschappen van een materiaal via MFM biedt de unieke mogelijkheid om de magnetische veldsterkte en oriëntatie in nieuwe materialen, structuren en apparaten op nanoschaal te karakteriseren op nanoschaal 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . Om MFM uit te voeren, wordt een AFM-sonde waarvan de punt verticaal is gemagnetiseerd (d.w.z. loodrecht op de sonde cantilever en het monsteroppervlak) mechanisch geoscilleerd op zijn natuurlijke resonantiefrequentie op een vaste hoogte boven het monsteroppervlak. Resulterende veranderingen in oscillatieamplitude (minder gevoelig en dus minder vaak voorkomend), frequentie of fase (hier beschreven) worden vervolgens gecontroleerd om de magnetische veldsterkte kwalitatief te meten. Meer specifiek produceert frequentiemodulatie MFM een kaart van verschuivingen in de oscillatiefrequentie of -fase, evenredig met de grootte en het teken van de magnetische krachtgradiënt die door de sonde wordt ervaren. Om tijdens MFM-metingen een constante hoogte boven het monster te behouden, wordt meestal een dual-pass werkingsmodus gebruikt. De topografie van het monster wordt eerst in kaart gebracht via standaard AFM-technieken, gevolgd door interleaved MFM-beeldvorming van elke sequentiële scanlijn op een door de gebruiker bepaalde lifthoogte (tientallen tot honderden nm) van het monsteroppervlak. Het gebruik van een dergelijke interleaved dual-pass acquisitiemodus maakt het mogelijk om de korteafstandstip-sample van der Waals-interacties die worden gebruikt om de topografie in kaart te brengen, te scheiden van de relatief langere magnetische krachten die worden ervaren tijdens de interleaved liftmoduspas. De ruimtelijke resolutie van MFM neemt echter toe met een afnemende hefhoogte18, dus er is een inherente spanning tussen het verhogen van de MFM-resolutie en het vermijden van topografische artefacten als gevolg van van der Waals-krachten. Evenzo is de MFM-gevoeligheid evenredig met de oscillatieamplitude tijdens de liftmoduspas, maar de maximaal toegestane oscillatieamplitude wordt beperkt door de lifthoogte en snelle veranderingen in de monstertopografie (d.w.z. kenmerken met een hoge beeldverhouding).
Recente studies hebben de rijkdom aan kansen benadrukt die gepaard gaan met de toepassing van nanomagnetisme en nanomagnonica, ontwikkeld via kunstmatig spinijs (ASI) structuren en magnonische kristallen, als functionerende apparaten voor logica, berekening, codering en gegevensopslag 19,20,21,22 . Samengesteld uit nanomagneten gerangschikt in verschillende uitgebreide roosterformaties, vertonen kunstmatige spinijsen emergente magnetische dipolen of monopolen die kunnen worden bestuurd via een externe stimulus 19,20,23,24,25. Over het algemeen geven ASI's de voorkeur aan een momentconfiguratie die de energie minimaliseert (bijvoorbeeld in een tweedimensionale (2D) vierkante ASI, twee momenten wijzen in en twee punt uit elke hoekpunt), waarbij de lage energie microtoestanden regels volgen die analoog zijn aan kristallijne spin-ijsmaterialen 21,26,27,28 . Evenzo toonde een recente MFM-studie een driedimensionaal (3D) ASI-roostersysteem aan dat is opgebouwd uit zeldzame-aardespins op hoekdelende tetrahedra, waarbij twee spins naar het midden van de tetrahedra wijzen en twee spins naar buiten wijzen, wat resulteert in twee gelijke en tegengestelde magnetische dipolen en dus een netto nul magnetische lading in de tetrahedracentra23 . Afhankelijk van de uitlijning van een toegepast magnetisch veld ten opzichte van het monsteroppervlak, werden significante verschillen in de magnetische volgorde en correlatielengte waargenomen. De uitlijning en controle van ASI-dipolen rechtvaardigt dus verder onderzoek. Methoden voor het meten van ASI magnetische veldverdelingen omvatten het gebruik van een magneto-optische ruisspectrometer29 of röntgen magnetisch circulair dichroïsme foto-emissie elektronenmicroscopie (XMCD-PEEM)25; om ruimtelijke resoluties te bereiken die gelijk zijn aan of groter zijn dan die van MFM met XMCD-PEEM, zijn echter extreem korte golflengten (d.w.z. hoogenergetische röntgenstralen) vereist. MFM biedt een veel eenvoudigere karakteriseringstechniek die geen blootstelling van monsters aan potentieel schadelijke hoogenergetische röntgenstralen vereist. Bovendien is MFM niet alleen gebruikt om ASI-microtoestanden21,23,27 te karakteriseren, maar ook voor topologisch defectgestuurd magnetisch schrijven met behulp van hoge magnetische momenttips30. Dienovereenkomstig kan MFM een vitale rol spelen bij het bevorderen van ASI-onderzoek en -ontwikkeling, met name door zijn vermogen om monstertopografie te correleren met magnetische veldsterkte en oriëntatie, waardoor de magnetische dipolen worden onthuld die verband houden met specifieke topografische kenmerken (d.w.z. ASI-roosterelementen).
Hoge resolutie MFM biedt ook een significant inzicht in de relatie tussen de structuur van ferromagnetische vormgeheugenlegeringen en hun magnetomechanische eigenschappen op nanoschaal 14,17,31,32,33. Ferromagnetische vormgeheugenlegeringen, gewoonlijk aangeduid als magnetische vormgeheugenlegeringen (MSMA's), vertonen grote (tot 12%) magnetische veld geïnduceerde spanningen, gedragen door dubbele grensbeweging 29,33,34,35. MFM-technieken zijn gebruikt om de complexe relaties te onderzoeken tussen jumelage tijdens vervorming en martensitische transformatie, inkeping, micropijlervervorming en magnetische reacties op nanoschaal van MSMA's 15,16,17,36. Van bijzonder belang is dat MFM is gecombineerd met nano-indentatie om een magnetomechanisch geheugen op nanoschaal van vier toestanden te creëren en te lezen17. Evenzo worden magnetische opnametechnologieën van de volgende generatie nagestreefd via warmteondersteunde magnetische registratie (HAMR), waarbij lineaire dichtheden van 1975 kBPI en spoordichtheden van 510 kTPI37 worden bereikt. De verhoogde oppervlaktedichtheid die nodig is om een grotere, compactere gegevensopslag mogelijk te maken, heeft geresulteerd in een aanzienlijke vermindering van de gedefinieerde spoorbreedte van HAMR-technologieën, waardoor de behoefte aan MFM-beeldvorming met hoge resolutie wordt benadrukt.
Naast ASI's en MSMA's is MFM met succes gebruikt om verschillende magnetische nanodeeltjes, nanoarrays en andere soorten magnetische monsterste karakteriseren 3,38,39. De uiteindelijke MFM-resolutie en -gevoeligheid worden echter beperkt door zowel dingen buiten de controle van de gebruiker (bijv. AFM-detectie-elektronica, MFM-sondetechnologie, onderliggende fysica, enz.) als door de keuze van beeldparameters en omgeving. Ondertussen blijven de functiegroottes in magnetische apparaten met40,41 afnemen, waardoor kleinere magnetische domeinen ontstaan, waardoor MFM-beeldvorming steeds uitdagender wordt. Bovendien zijn de magnetische dipolen van belang niet altijd buiten het vlak georiënteerd, parallel aan de magnetisatievector van de sonde. Hoge resolutie beeldvorming van de verdwaalde velden afkomstig van de uiteinden van in-plane of bijna in-plane georiënteerde dipolen, zoals het geval is in de ASI-structuren die hier worden getoond, vereist een grotere gevoeligheid. Het bereiken van MFM-beelden met hoge resolutie, met name van dergelijke in-plane gemagnetiseerde monsters die zijn samengesteld uit magnetische domeinen op nanoschaal, hangt dus af van de juiste keuze van de MFM-sonde (bijv. Dikte, coërciviteit en moment van de magnetische coating, wat soms op gespannen voet kan staan met het verbeteren van de gevoeligheid of laterale resolutie18 of behoud van de magnetische uitlijning van het monster30 ), beeldvormingsparameters (bijv. hefhoogte en oscillatieamplitude, zoals hierboven vermeld, evenals het minimaliseren van slijtage van de tipcoating tijdens topografielijnbeeldvorming) en monsterkwaliteit (bijv. oppervlakteruwheid en verontreiniging, inclusief polijsten van puin of oppervlaktewater als gevolg van omgevingsvochtigheid). Met name de aanwezigheid van water dat als gevolg van omgevingsvochtigheid op het monsteroppervlak wordt geadsorbeerd, kan sterke tip-sample van der Waals-krachten introduceren die het meten van magnetische krachten aanzienlijk kunnen verstoren en de minimaal haalbare hefhoogte voor MFM-metingen kunnen beperken. MFM-werking binnen een dashboardkastje met inerte atmosfeer elimineert bijna alle oppervlakteverontreinigingen, waardoor lagere hefhoogtes en een hogere resolutie in combinatie met een grotere gevoeligheid mogelijk zijn. Dienovereenkomstig is in de hier getoonde voorbeeldvoorbeelden een AFM-systeem gebruikt dat is ondergebracht in een aangepast dashboardkastje met inerte atmosfeer gevuld met argon (Ar) met <0,1 ppm zuurstof (O2) en water (H2O) om extreem lage hefhoogten (tot 10 nm) mogelijk te maken. Dit maakt vervolgens prachtig hoge resolutie MFM-beeldvorming mogelijk die in staat is om afwisselende magnetische domeinen <200 nm breed op te lossen binnen een grotere kristallografische tweeling en magnetische dipolen (nanoschaal staafmagneten) <100 nm breed en ~ 250 nm lang.
In dit artikel wordt uitgelegd hoe u MFM-beelden met een hoge resolutie en hoge gevoeligheid kunt verkrijgen door het gebruik van een dashboardkastje met inerte atmosfeer te combineren met een zorgvuldige monstervoorbereiding en een optimale keuze van beeldparameters. De beschreven methoden zijn vooral waardevol voor het in beeld brengen van in-plane georiënteerde dipolen, die traditioneel moeilijk waarneembaar zijn, en daarom worden voorbeeldige MFM-beelden met hoge resolutie gepresenteerd van zowel Ni-Mn-Ga MSMA-kristallen die verschillende magnetische domeinen op nanoschaal vertonen binnen kristallografische tweelingen en over tweelinggrenzen heen, evenals nanomagnetische ASI-arrays vervaardigd met een in-plane magnetische dipooloriëntatie. Onderzoekers op een breed scala van gebieden die MFM-beeldvorming met hoge resolutie wensen, kunnen aanzienlijk profiteren van het gebruik van het hier beschreven protocol, evenals de bespreking van potentiële uitdagingen zoals topografische artefacten.

<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

Magnetische krachtmicroscopie (MFM) maakt het mogelijk om lokale magnetische velden over een monsteroppervlak in kaart te brengen met een resolutie op nanoschaal. Om MFM uit te voeren, wordt een atomic force microscopie (AFM) sonde waarvan de punt verticaal is gemagnetiseerd (d.w.z. loodrecht op de sonde cantilever) op een vaste hoogte boven het monsteroppervlak geoscild. De resulterende verschuivingen in de oscillatiefase of frequentie, die evenredig zijn met de grootte en het teken van de verticale magnetische krachtgradiënt op elke pixellocatie, worden vervolgens gevolgd en in kaart gebracht. Hoewel de ruimtelijke resolutie en gevoeligheid van de techniek toeneemt met afnemende hefhoogte boven het oppervlak, wordt dit schijnbaar eenvoudige pad naar verbeterde MFM-beelden gecompliceerd door overwegingen zoals het minimaliseren van topografische artefacten als gevolg van kortere van der Waals-krachten, het verhogen van de oscillatieamplitude om de gevoeligheid verder te verbeteren, en de aanwezigheid van oppervlakteverontreinigingen (met name water als gevolg van vochtigheid onder omgevingsomstandigheden). Bovendien is MFM door de oriëntatie van het magnetische dipoolmoment van de sonde intrinsiek gevoeliger voor monsters met een buitenvlakse magnetisatievector. Hier worden topografische en magnetische fasebeelden met hoge resolutie gerapporteerd van single en bicomponent nanomagnetische kunstmatige spin-ijs (ASI) arrays verkregen in een inert (argon) atmosfeerhandschoenkastje met <0,1 ppm O2 en H2O. Optimalisatie van hefhoogte en aandrijfamplitude voor hoge resolutie en gevoeligheid, terwijl tegelijkertijd de introductie van topografische artefacten wordt vermeden, en detectie van de verdwaalde magnetische velden afkomstig van beide uiteinden van de nanoschaal staafmagneten (~ 250 nm lang en <100 nm breed) uitgelijnd in het vlak van het ASI-monsteroppervlak wordt getoond. Evenzo, met behulp van het voorbeeld van een Ni-Mn-Ga magnetische vormgeheugenlegering (MSMA), wordt MFM gedemonstreerd in een inerte atmosfeer met magnetische fasegevoeligheid die in staat is om een reeks aangrenzende magnetische domeinen van elk ~ 200 nm breed op te lossen.

Kunstmatige spin-ijs (ASI) roosters Kunstmatig spinijs is lithografisch gedefinieerd tweedimensionaal netwerk van interagerende nanomagneten. Ze vertonen frustratie door ontwerp (d.w.z. het bestaan van veel lokale minima in het energielandschap)21,42,43. Hoge resolutie MFM-beeldvorming om de magnetische configuraties en interacties tussen de arraycomponenten op te helderen, biedt de unieke mogelijkheid om de ...

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

Magnetische krachtmicroscopie (MFM) maakt gebruik van een verticaal gemagnetiseerde atomaire krachtmicroscopiesonde om monstertopografie en lokale magnetische veldsterkte met nanoschaalresolutie te meten. Het optimaliseren van de ruimtelijke resolutie en gevoeligheid van MFM vereist het balanceren van de afnemende hefhoogte tegen toenemende amplitude van de aandrijving (oscillatie) en profiteert van het werken in een dashboardkastje met inerte atmosfeer.

Magnetische krachtmicroscopieresolutie en -gevoeligheid optimaliseren om magnetische domeinen op nanoschaal te visualiseren

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

Magnetic Force Microscopy, of MFM, maakt gebruik van een verticaal gemagnetiseerde atomaire krachtmicroscopiesonde om monstertopografie en lokale magnetische veldsterkte met nanoschaalresolutie te meten. Door de afnemende hefhoogte in evenwicht te brengen met de toenemende amplitude van de aandrijving of oscillatie, kunnen de ruimtelijke resolutie en gevoeligheid van MFM worden geoptimaliseerd. Spin-wave computing-toepassingen van kunstmatig spinijs vertrouwen op kennis van de magnetisatietexturen van nano-elementen terwijl ze de magnonische respons bepalen.Hoge resolutie MFM maakt identificatie van ijzige wereldwijde magnetisatietoestanden mogelijk. De procedure wordt gedemonstreerd door Olivia Maryon, een huidige promovendus in materiaalkunde en engineering aan de Boise State University, een voormalige niet-gegradueerde AFM-onderzoeker voor mijn laboratorium. Open om te beginnen de AFM-besturingssoftware en selecteer de MFM-werkruimte onder de experimentcategorie en -groep Elektrische magnetische liftmodi.Monteer een AFM-sonde met een magnetische coating op een geschikte sondehouder door de sondehouder voorzichtig op een montageblok te plaatsen, de sonde vervolgens op de sondehouder te laden, de sonde uit te lijnen en op zijn plaats te bevestigen met een veerbelaste clip. Zorg ervoor dat de sonde evenwijdig is aan alle randen en de achterkant van het kanaal van de houder niet raakt door deze onder een optische microscoop te inspecteren. Manipuleer de sonde voorzichtig als dat nodig is met een pincet.Magnetiseer de sonde verticaal met behulp van een sterke, permanente magneet gedurende 2 tot 5 seconden, zodat de magnetische dipooloriëntatie van de sondepunt loodrecht op het monster staat. Verwijder de AFM-kop voorzichtig terwijl u ervoor zorgt dat eventuele elektrostatische opbouw wordt afgevoerd door de AFM-behuizing aan te raken. Installeer de sonde en sondehouder door de gaten op de sondehouder uit te lijnen met de contactpennen op de kop.Installeer de kop opnieuw op de AFM en zet hem vast. Lijn de laser uit op het midden van de MFM-sonde cantilever en in de positiegevoelige detector. Voor een optimale gevoeligheid lijnt u de laser op de achterkant van de cantilever uit op de locatie die overeenkomt met de tipafvang van het distale uiteinde van de cantilever.Maximaliseer het somsignaal op de PSD terwijl u de links-rechts en de up-down afbuigingen minimaliseert om de gereflecteerde laserstraal op de detector te centreren. Plaats het monster op de AFM-klauwplaatvacuümpoort. Vermijd het gebruik van een magnetische monsterhouder, omdat dit het monster kan beïnvloeden en/of de MFM-meting kan verstoren.Schakel de klauwplaatvacuüm in om het monster aan de AFM-fase te bevestigen. Ga terug naar de AFM-besturingssoftware, ga naar Setup en selecteer het gekozen testtype. Breng de cantilever in focus en lijn het vizier uit binnen het optische microscoopbeeld om over de achterkant van de MFM-sonde cantilever te worden geplaatst waar de tip zich bevindt met behulp van de bekende tip-tegenslag op basis van de geselecteerde sonde.Open het venster Navigeren en plaats de AFM-fase en -steekproef zo dat het interessegebied zich direct onder de AFM-tip bevindt. Laat de AFM-kop zakken totdat het monsteroppervlak in de optische weergave in beeld komt. Ga terug naar Setup, selecteer Manual Tune en voer een cantilever-tune uit door begin- en eindfrequenties te kiezen die de dither piëzo-aandrijffrequentie over een gebied vegen dat is gekozen om de verwachte resonantiefrequentie van de geselecteerde sonde te overspannen.Kies een verschuiving van de frequentie van de aandrijving en de doelamplitude. Stem vervolgens de cantilever af en stel het gewenste amplitude-instelpunt in. Schakel in op het monsteroppervlak en stel de gewenste scangrootte in, afhankelijk van het monster en de interessante functies.Verhoog het amplitude-setpoint in stappen van één tot twee nanometer totdat de tip gewoon het contact met het monsteroppervlak verliest, zoals te zien is aan de sporen en retrace-lijnen die elkaar niet volgen in het hoogtesensorkanaal. Verlaag vervolgens het Amplitude Setpoint met twee tot vier nanometer, zodat de punt net in contact komt met het monsteroppervlak. Optimaliseer de proportionele en integrale winsten door ze zo aan te passen dat ze hoog genoeg zijn om het feedbacksysteem te dwingen de topografie van het monsteroppervlak te volgen en tegelijkertijd ruis te minimaliseren.Zodra de afm-topografiebeeldvormingsparameters zijn geoptimaliseerd, trekt u zich een korte afstand van het oppervlak terug en keert u terug naar het testafstemmingsmenu. Voer een tweede cantilever-tune uit die moet worden gebruikt om de interleaved liftmodus MFM-lijn te verkrijgen, waarbij u ervoor zorgt dat de resultaten van deze tune worden losgekoppeld van de vorige mainline-parameters. Stel in de interleaved liftmodus de piekverschuiving in op 0% Kies begin- en eindfrequenties die de droge frequentie over een gebied over de resonantiefrequentie van de sonde vegen.Pas de interleaved lift mode doelamplitude aan om iets minder te zijn dan de mainline doelamplitude. Dit maakt MFM-beeldvorming met een hoge gevoeligheid mogelijk zonder het oppervlak te raken bij gebruik van lage hefhoogten voor een optimale laterale resolutie. Laat het uitkragingsvenster staan om opnieuw op het oppervlak te worden geactiveerd.Om de beeldparameters te optimaliseren, stelt u de initiële Lift Scan Height in op 25 nanometer en neemt u vervolgens geleidelijk af in stappen van twee tot vijf nanometer. Zodra de sonde net het oppervlak begint te raken, verhoogt u onmiddellijk de scanhoogte om de sondepunt te behouden en de introductie van topografische artefacten te voorkomen. Verhoog de aandrijfamplitude in kleine stappen die overeenkomen met twee tot vijf nanometer in oscillatieamplitude totdat de interleave drive amplitude de amplitude van de hoofdlijnaandrijving overschrijdt of de sonde contact begint te maken met het oppervlak.Verlaag vervolgens de amplitude van de aandrijving iets, zodat er geen pieken in het MFM-fasekanaal te zien zijn. Ga door met het iteratief optimaliseren van de liftscanhoogte en de amplitude van de aandrijving door deze in steeds kleinere stappen aan te passen totdat een MFM-afbeelding met hoge resolutie is verkregen die vrij is van topografische artefacten. Magnetische krachtmicroscopie wordt gebruikt om dubbele grenzen in beeld te brengen en hun beweging te volgen als reactie op een toegepast magnetisch veld of kracht.De magnetische fasebeelden van het gepolijste, enkelkristal nikkel-mangaan-galliummonster tonen de karakteristieke trapvormige magnetische oriëntatie over de tweelinggrenzen. Het magnetische fasebeeld bedekt als een gekleurde huid bovenop de 3D-topografie van het monster toont de lange richting van de magnetische domeinen die schakelen bij de topografische kenmerken. Het optimaliseren van de ruimtelijke resolutie en gevoeligheid van MFM profiteert van het werken in een inert atmosferisch handschoenenkastje en vereist het balanceren van de afnemende hefhoogte tegen toenemende aandrijf- of oscillatieamplitude.Hoge resolutie, hoge gevoeligheid MFM is cruciaal voor het bestuderen van de onderliggende magnetisatieconfiguraties in kunstmatige spinijsstatussen en kan ook het zich snel ontwikkelende veld van spin-wave computing bevorderen.

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 Nucleaire Magnetische Resonantie bij Giga-Pascal Drukken: een nieuw instrument voor Onderzoek naar elektronische en chemische eigenschappen van de gecondenseerde materie onder extreme omstandigheden

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

Voorbereiding en Friction Force Microscopy Metingen van mengbaar, tegengestelde polymeer Borstels

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 Analyse Met behulp van Magnetic Beads als vloeibare dragers

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

Frequentie mengen Magnetic Detection Scanner voor de beeldvorming van magnetische deeltjes in Planar Samples

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

High-resolution thermische Micro-imaging Met behulp europiumchelaat Lichtgevende 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 met amplitude-modulatie Atomic Force Microscopy in 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

Fabricage van magnetische nanostructuren op siliciumnitride membranen voor magnetische Vortex Studies met behulp van Transmission microscopie technieken

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

Een meting van willekeurige verplaatsing door het combineren van een magnetische schaal en twee Gratingen van vezel Bragg

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

Verrijken en uit te breiden van zeldzame Antigen-specifieke T-cellen met magnetische nanodeeltjes

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

Toepassing van een koppelingsagent om de diëlektrische eigenschappen van op polymeren gebaseerde nanocomposieten te verbeteren

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