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

כל הדמיות AFM/MFM בוצעו במעבדה למדעי פני השטח של אוניברסיטת בויס סטייט (SSL). מערכת תא הכפפות AFM ששימשה בעבודה זו נרכשה תחת מענק מספר 1727026 של הקרן הלאומית למדע מכשור מחקר ראשי (NSF MRI), אשר סיפק גם תמיכה חלקית עבור PHD, ACP ו- OOM. תמיכה חלקית עבור OOM סופקה גם על ידי NSF קריירה מענק מספר 1945650. המחקר באוניברסיטת דלאוור, כולל ייצור ואפיון מיקרוסקופיית אלקטרונים של מבני ספין-קרח מלאכותיים, נתמך על ידי מחלקת האנרגיה של ארה"ב, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, המחלקה למדעי החומרים וההנדסה תחת פרס DE-SC0020308. המחברים מודים לד"ר מדהה וליגטלה ולפיטר מולנר על דיונים מועילים והכנת דגימות Ni-Mn-Ga המוצגות כאן, כמו גם לד"ר קורי אפאו ולאנס פאטן על תרומתם לנוהל ההפעלה הסטנדרטי של MFM כולל בתיק המשלים 1.

הערה: בנוסף לפרוטוקול שלהלן, נוהל הפעלה סטנדרטי מפורט של MFM שלב אחר שלב (SOP) ספציפי למכשיר המשמש כאן ומיועד להדמיית MFM כללית כלול כקובץ משלים 1. כדי להשלים את חלק הווידאו של כתב יד זה, ה- SOP כולל תמונות של מחזיק הגשושית, ממגנט קצה והליך ממגנט, הגדרות תוכנה וכו '.
1. הכנה ?...

הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה דורשת כי סריקת טופוגרפיה תואמת ברזולוציה גבוהה ובנאמנות גבוהה תירכש תחילה עבור כל שורה. סריקת טופוגרפיה זו מתקבלת בדרך כלל באמצעות מגע לסירוגין או מצב הקשה AFM, המשתמש במערכת משוב אפנון משרעת לטופוגרפיה של דגימות תמונה47. ניתן לייעל את הנאמנות של סריקת...

מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM), מיקרוסקופיית בדיקה סורקת (SPM) נגזרת של מיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM), מאפשרת הדמיה של הכוחות המגנטיים החלשים יחסית אך ארוכי הטווח שחווים קצה גשושית ממוגנט כאשר הוא נע מעל משטח דגימה 1,2,3,4,5. AFM היא טכניקת אפיון לא הרסנית המשתמשת בקצה בקנה מידה ננומטרי בקצה של קנטילבר גמיש כדי למפות את טופוגרפיית פני השטח6 וכן למדוד תכונות חומר (למשל, מכניות, חשמליות ומגנטיות) 7,8,9 ברזולוציה ננומטרית. הסטה של הקנטילבר עקב אינטראקציות של דגימת קצה של עניין נמדדת באמצעות השתקפות של לייזר מגב הקנטילבר לתוך פוטודיודה רגישה למיקום10. הדמיה ברזולוציה גבוהה של התכונות המגנטיות המקומיות של חומר באמצעות MFM מספקת את ההזדמנות הייחודית לאפיין את חוזק השדה המגנטי ואת הכיוון בחומרים, מבנים והתקנים חדשים בקנה מידה ננומטרי 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . כדי לבצע MFM, גשושית AFM שהקצה שלה ממוגנט אנכית (כלומר, בניצב למשטח הגשושית ולמשטח הדגימה) מתנדנדת מכנית בתדר התהודה הטבעי שלה בגובה קבוע מעל משטח הדגימה. שינויים כתוצאה מכך באמפליטודת תנודות (פחות רגישה, ולכן פחות נפוצה), תדר או פאזה (המתוארים כאן) מנוטרים לאחר מכן כדי למדוד את עוצמת השדה המגנטי באופן איכותי. באופן ספציפי יותר, אפנון תדרים MFM מייצר מפה של תזוזות בתדר התנודה או בפאזה, פרופורציונלית לגודל ולסימן של שיפוע הכוח המגנטי שחוותה הגשושית. על מנת לשמור על גובה קבוע מעל הדגימה במהלך מדידות MFM, בדרך כלל משתמשים במצב פעולה של מעבר כפול. טופוגרפיית הדגימה ממופה תחילה באמצעות טכניקות AFM סטנדרטיות, ולאחר מכן הדמיית MFM משולבת של כל קו סריקה רציף בגובה הרמה שנקבע על-ידי המשתמש (עשרות עד מאות ננומטר) ממשטח הדגימה. שימוש במצב רכישה כפול כזה מאפשר הפרדה של אינטראקציות ואן דר ואלס קצרות הטווח המשמשות למיפוי הטופוגרפיה מהכוחות המגנטיים ארוכי הטווח יחסית שחווים במהלך מעבר מצב ההרמה המשולב. עם זאת, הרזולוציה המרחבית של MFM עולה עם ירידה בגובה ההרמה18, כך שקיים מתח מובנה בין הגדלת רזולוציית MFM לבין הימנעות מממצאים טופוגרפיים עקב כוחות ואן דר ואלס. באופן דומה, רגישות MFM פרופורציונלית לאמפליטודת התנודה במהלך מעבר מצב ההרמה, אך משרעת התנודה המרבית המותרת מוגבלת על ידי גובה ההרמה ושינויים מהירים בטופוגרפיה של הדגימה (כלומר, תכונות יחס גובה-רוחב גבוה).
מחקרים אחרונים הדגישו את עושר ההזדמנויות הקשורות ליישום ננומגנטיות וננומניקה, שפותחו באמצעות מבני ספין-קרח מלאכותיים (ASI) וגבישים מגנוניים, כהתקנים מתפקדים ללוגיקה, חישוב, הצפנה ואחסון נתונים 19,20,21,22 . קרחוני ספין מלאכותיים, המורכבים מננו-מגנטים המסודרים בתצורות סריג מורחבות נפרדות, מציגים דיפולים מגנטיים או מונופולים מתפתחים הניתנים לשליטה באמצעות גירוי חיצוני 19,20,23,24,25. באופן כללי, ASIs מעדיפים תצורת מומנט הממזערת את האנרגיה (למשל, ב-ASI מרובע דו-ממדי (דו-ממדי), שני רגעים מצביעים פנימה ושתי נקודות מכל קודקוד), כאשר המיקרוסטטים בעלי האנרגיה הנמוכה פועלים לפי כללים המקבילים לחומרי ספין-קרח גבישיים 21,26,27,28 . באופן דומה, מחקר שנערך לאחרונה על ידי MFM הדגים מערכת סריג ASI תלת-ממדית (3D) הבנויה מסוטים של כדור הארץ הנדיר הממוקמים על טטרהדרה לשיתוף פינות, כאשר שני ספינים מצביעים לכיוון מרכז הטטרהדרה ושני ספינים מצביעים החוצה, וכתוצאה מכך שני דיפולים מגנטיים שווים ומנוגדים ומכאן מטען מגנטי אפס נטו במרכזי הטטרהדרה23 . בהתאם ליישור השדה המגנטי המופעל ביחס לפני השטח של הדגימה, נצפו הבדלים משמעותיים בסדר המגנטי ובאורך המתאם. היישור והשליטה בדיפולים של ASI מצדיקים אפוא חקירה נוספת. שיטות למדידת התפלגויות שדה מגנטי ASI כללו שימוש בספקטרומטר רעש מגנטו-אופטי29 או מיקרוסקופיית אלקטרונים פוטו-פליטה מגנטית מגנטית (XMCD-PEEM)25; עם זאת, כדי להשיג רזולוציות מרחביות השוות או גדולות מאלה של MFM עם XMCD-PEEM, נדרשים אורכי גל קצרים במיוחד (כלומר, קרני רנטגן באנרגיה גבוהה). MFM מציעה טכניקת אפיון פשוטה הרבה יותר שאינה דורשת חשיפה של דגימות לקרני רנטגן שעלולות להזיק באנרגיה גבוהה. בנוסף, MFM שימש לא רק לאפיון מיקרוסטטים של ASI21,23,27, אלא גם לכתיבה מגנטית מונעת פגמים טופולוגיים באמצעות קצוות מומנט מגנטי גבוה30. בהתאם לכך, MFM יכול למלא תפקיד חיוני בקידום המחקר והפיתוח של ASI, במיוחד באמצעות יכולתו לתאם בין טופוגרפיה של דגימה לבין חוזק וכיוון של שדה מגנטי, ובכך לחשוף את הדיפולים המגנטיים הקשורים לתכונות טופוגרפיות ספציפיות (כלומר, רכיבי סריג ASI).
MFM ברזולוציה גבוהה מספק גם תובנה משמעותית לגבי הקשר בין המבנה של סגסוגות זיכרון בעלות צורה פרומגנטית לבין התכונות המגנטומכניות הננומטריות שלהן 14,17,31,32,33. סגסוגות זיכרון של צורה פרומגנטית, המכונות בדרך כלל סגסוגות זיכרון צורה מגנטית (MSMAs), מציגות זנים גדולים (עד 12%) המושרים בשדה מגנטי, נישאים בתנועת גבול כפולה 29,33,34,35. נעשה שימוש בטכניקות MFM כדי לחקור את הקשרים המורכבים בין תאומים במהלך דפורמציה לבין טרנספורמציה מרטנסיטית, כניסה, דפורמציה של מיקרו-עמוד ותגובות מגנטיות בקנה מידה ננומטרי של MSMAs15,16,17,36. יש לציין במיוחד, MFM שולב עם ננו-כניסה כדי ליצור ולקרוא זיכרון מגנטומכני ננומאני בעל ארבעה מצבים17. באופן דומה, טכנולוגיות הקלטה מגנטיות מהדור הבא נרדפות באמצעות הקלטה מגנטית בסיוע חום (HAMR), ומשיגות צפיפויות ליניאריות של 1975 kBPI וצפיפויות מסלול של 510 kTPI37. הצפיפות המוגברת הנדרשת כדי לאפשר אחסון נתונים גדול וקומפקטי יותר הביאה להפחתה משמעותית בגובה המסילה המוגדר של טכנולוגיות HMER, והדגישה את הצורך בהדמיית MFM ברזולוציה גבוהה.
בנוסף ל- ASIs ו- MSMAs, MFM שימש בהצלחה לאפיון ננו-חלקיקים מגנטיים שונים, ננומערכים וסוגים אחרים של דגימות מגנטיות 3,38,39. עם זאת, הרזולוציה והרגישות האולטימטיביות של MFM מוגבלות הן על ידי דברים שאינם בשליטת המשתמש (למשל, אלקטרוניקה לזיהוי AFM, טכנולוגיית בדיקה MFM, פיזיקה בסיסית וכו ') והן על ידי בחירה של פרמטרים וסביבה של הדמיה. בינתיים, גודל התכונות בהתקנים מגנטיים ממשיך לרדתב-40,41, מה שיוצר תחומים מגנטיים קטנים יותר, ובכך הופך את הדמיית MFM למאתגרת יותר ויותר. בנוסף, הדיפולים המגנטיים של העניין אינם תמיד מכוונים מחוץ למישור, במקביל לווקטור המגנטיזציה של הגשושית. הדמיה ברזולוציה גבוהה של שדות תועים הנובעים מקצוות של דיפולים בכיוון מישור או כמעט במישור, כפי שקורה במבני ASI המוצגים כאן, דורשת רגישות רבה יותר. השגת תמונות MFM ברזולוציה גבוהה, במיוחד של דגימות ממוגנטות כאלה במישור המורכבות מתחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי, תלויה אפוא בבחירה מתאימה של בדיקת MFM (למשל, עובי, כפייה ומומנט של הציפוי המגנטי, אשר לעתים יכול להיות מנוגד לשיפור הרגישות או הרזולוציה הרוחבית18 או שימור היישור המגנטי של הדגימה30 ), פרמטרי הדמיה (למשל, גובה הרמה ומשרעת תנודות, כאמור לעיל, כמו גם מזעור שחיקת ציפוי קצה במהלך הדמיית קו טופוגרפי), ואיכות הדגימה (למשל, חספוס וזיהום פני השטח, כולל ליטוש פסולת או מים עיליים עקב לחות הסביבה). בפרט, נוכחות של מים נספגים על פני הדגימה עקב לחות הסביבה יכולה להציג כוחות ואן דר ואלס חזקים של דגימת קצה שיכולים להפריע באופן משמעותי למדידת הכוחות המגנטיים ולהגביל את גובה ההרמה המינימלי הניתן להשגה עבור מדידות MFM. פעולת MFM בתוך תא כפפות אטמוספירה אינרטי מבטלת כמעט את כל מזהמי פני השטח, ומאפשרת גובה הרמה נמוך יותר ורזולוציה גבוהה יותר יחד עם רגישות רבה יותר. בהתאם לכך, בדוגמאות לדוגמה המוצגות כאן, נעשה שימוש במערכת AFM השוכנת בתוך תא כפפות אטמוספירה אינרטי מותאם אישית מלא בארגון (Ar) המכיל חמצן <0.1 ppm (O 2) ומים (H2O) כדי לאפשר גובה הרמה נמוך במיוחד (עד 10 ננומטר). זה מאפשר לאחר מכן הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה להפליא המסוגלת לפתור תחומים מגנטיים מתחלפים ברוחב <200 ננומטר בתוך תאום קריסטלוגרפי גדול יותר ודיפולים מגנטיים (מגנטים בר בקנה מידה ננומטרי) <100 ננומטר רוחב ו ~ 250 ננומטר.
מאמר זה מסביר כיצד לרכוש תמונות MFM ברזולוציה גבוהה וברגישות גבוהה על ידי שילוב של שימוש בתא כפפות אווירה אינרטי עם הכנת דגימה קפדנית ובחירה אופטימלית של פרמטרי הדמיה. השיטות המתוארות חשובות במיוחד להדמיית דיפולים בכיוון מישור, שבאופן מסורתי קשה לצפות בהם, ולכן תמונות MFM ברזולוציה גבוהה מוצגות הן של גבישי Ni-Mn-Ga MSMA המציגים תחומים מגנטיים ננומטריים שונים בתוך תאומים קריסטלוגרפיים ומעבר לגבולות תאומים, כמו גם מערכי ASI ננומגנטיים המיוצרים עם כיוון דיפול מגנטי במישור. חוקרים במגוון רחב של תחומים המעוניינים בהדמיית MFM ברזולוציה גבוהה יכולים להפיק תועלת משמעותית משימוש בפרוטוקול המתואר כאן, כמו גם מדיון באתגרים פוטנציאליים כגון ממצאים טופוגרפיים.

<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

מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM) מאפשרת מיפוי שדות מגנטיים מקומיים על פני משטח דגימה ברזולוציה ננומטרית. כדי לבצע MFM, גשושית מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) שהקצה שלה ממוגנט אנכית (כלומר, בניצב לתותח הגשושית) מתנדנדת בגובה קבוע מעל פני השטח של הדגימה. לאחר מכן מתבצע מעקב אחר התזוזות המתקבלות בשלב או בתדר התנודה, שהן פרופורציונליות לגודל ולסימן של גרדיאנט הכוח המגנטי האנכי בכל מיקום פיקסלים. למרות שהרזולוציה והרגישות המרחבית של הטכניקה גדלות עם ירידה בגובה ההרמה מעל פני השטח, נתיב פשוט לכאורה זה לתמונות MFM משופרות מסובך על ידי שיקולים כגון מזעור ממצאים טופוגרפיים עקב כוחות ואן דר ואלס בעלי טווח קצר יותר, הגדלת משרעת התנודות כדי לשפר עוד יותר את הרגישות, ונוכחות מזהמים על פני השטח (בפרט מים עקב לחות בתנאי הסביבה). בנוסף, בשל הכיוון של מומנט הדיפול המגנטי של הגשושית, MFM רגישה יותר במהותה לדגימות עם וקטור מגנטיזציה מחוץ למישור. כאן מדווחות תמונות טופוגרפיות ופאזה מגנטית ברזולוציה גבוהה של מערכי ספין-קרח מלאכותיים (ASI) ננומגנטיים חד-רכיביים הדו-רכיביים המתקבלים בתא כפפות אטמוספירה אינרטי (ארגון) עם <0.1 ppm O 2 ו-H2O. נדון באופטימיזציה של גובה ההרמה ומשרעת ההנעה לרזולוציה ורגישות גבוהה תוך הימנעות מהכנסת ממצאים טופוגרפיים, ומוצג זיהוי של השדות המגנטיים התועים הנובעים משני קצות מגנטי המוט הננומטריים (אורך ~ 250 ננומטר ורוחב <100 ננומטר) המיושרים במישור משטח דגימת ASI. כמו כן, באמצעות הדוגמה של סגסוגת זיכרון צורה מגנטית Ni-Mn-Ga (MSMA), MFM מודגם באטמוספירה אינרטית עם רגישות פאזה מגנטית המסוגלת לפתור סדרה של תחומים מגנטיים סמוכים כל אחד ברוחב ~200 ננומטר.

סריגים מלאכותיים של ספין-קרח (ASI) קרחוני ספין מלאכותיים הם רשתות דו-ממדיות המוגדרות באופן ליתוגרפי של ננומגנטים המקיימים אינטראקציה. הם מפגינים תסכול על ידי עיצוב (כלומר, קיומם של מינימה מקומית רבים בנוף האנרגיה)21,42,43. הדמיית MFM ?...

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

מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM) משתמשת בגשושית מיקרוסקופיית כוח אטומי ממוגנטת אנכית למדידת טופוגרפיה של דגימות ועוצמת שדה מגנטי מקומי ברזולוציה ננומטרית. מיטוב הרזולוציה והרגישות המרחבית של MFM דורש איזון בין הקטנת גובה ההרמה לבין משרעת הנעה (תנודות) גוברת, ויתרונות מפעולה בתא כפפות אטמוספירה אינרטי.

אופטימיזציה של רזולוציה ורגישות מיקרוסקופית כוח מגנטי כדי להמחיש תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי

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

מיקרוסקופיית כוח מגנטי, או MFM, משתמשת בגשושית מיקרוסקופיית כוח אטומי ממוגנטת אנכית כדי למדוד טופוגרפיה של דגימות ועוצמת שדה מגנטי מקומי ברזולוציה ננומטרית. על-ידי איזון בין הקטנת גובה ההרמה לבין הגדלת משרעת ההנעה או התנודה, ניתן למטב את הרזולוציה והרגישות המרחבית של MFM. יישומי חישוב גלי ספין של קרחוני ספין מלאכותיים מסתמכים על הידע של מרקמי המגנטיזציה של הננו-אלמנטים כשהם קובעים את התגובה המגנטית.MFM ברזולוציה גבוהה מאפשר זיהוי של מצבי מגנטיזציה גלובליים קפואים. מי שתדגים את ההליך תהיה אוליביה מריון, דוקטורנטית בהווה במדע והנדסה של חומרים באוניברסיטת בויס סטייט, לשעבר חוקרת AFM לתואר ראשון במעבדה שלי. כדי להתחיל, פתח את תוכנת הבקרה AFM ובחר את סביבת העבודה של MFM תחת קטגוריית הניסויים מצבי הרמה מגנטית חשמלית וקבוצה.הרכיבו בדיקת AFM עם ציפוי מגנטי על מחזיק בדיקה מתאים על ידי הנחת מחזיק הבדיקה בזהירות על בלוק הרכבה, ולאחר מכן העמסת הבדיקה על מחזיק הבדיקה, יישור הגשושית ואבטחתה למקומה באמצעות תפס טעון קפיץ. ודא שהבדיקה מקבילה לכל הקצוות ואינה נוגעת בגב הערוץ של המחזיק על ידי בדיקתו תחת מיקרוסקופ אופטי. תמרן בעדינות את הבדיקה לפי הצורך עם זוג פינצטות.מגנט את הגשושית אנכית באמצעות מגנט חזק וקבוע למשך 2 עד 5 שניות, כך שכיוון הדיפול המגנטי של קצה הגשושית יהיה בניצב לדגימה. הסר בזהירות את ראש ה-AFM תוך הקפדה לפרוק כל הצטברות אלקטרוסטטית על-ידי נגיעה במארז ה-AFM. התקן את מחזיק הבדיקה והבדיקה על ידי יישור החורים במחזיק הבדיקה עם פיני המגע על הראש.התקן מחדש את הראש ב- AFM ואבטח אותו במקומו. יישר את הלייזר אל מרכז שקע הבדיקה MFM ואל תוך הגלאי הרגיש למיקום. לרגישות מיטבית, יישר את הלייזר בגב הקנטילבר למיקום המתאים לקצה הנסיגה מהקצה הדיסטלי של הקנטילבר.מקסם את אות הסכום ב- PSD תוך מזעור הסטיות שמאלה-ימינה והמעלה למטה למרכז קרן הלייזר המוחזרת בגלאי. הנח את הדגימה מעל יציאת הוואקום של AFM chuck. הימנע משימוש במחזיק דגימה מגנטי מכיוון שהדבר עלול להשפיע על הדגימה ו/או להפריע למדידת MFM.הפעל את ואקום הצ'אק כדי לאבטח את הדגימה לשלב ה- AFM. חזור לתוכנת הבקרה AFM, עבור אל הגדרה ובחר את סוג הבדיקה שנבחר. רכז את הקנטילבר ויישר את הכוונת בתוך תצוגת המיקרוסקופ האופטי כדי למקם אותה מעל גב גשושית MFM שבה נמצא הקצה באמצעות נסיגת הקצה הידועה המבוססת על הבדיקה שנבחרה.פתח את חלון הניווט ומקם את שלב ה- AFM ואת הדגימה כך שאזור העניין יהיה ישירות מתחת לקצה ה- AFM. הנמיכו את ראש ה-AFM עד שמשטח הדגימה נכנס למיקוד בתצוגה האופטית. חזור אל 'הגדרה', בחר 'כוונון ידני' ובצע כוונון על-ידי בחירת תדרי התחלה וסיום שיסחפו את תדר כונן ה-dither piezo על פני אזור שנבחר כדי להתפרש על פני תדר התהודה הצפוי של הבדיקה שנבחרה.בחר הסטת תדירות כונן ומשרעת יעד. לאחר מכן כוונו את הקנטילבר וקבעו את נקודת המשרעת הרצויה. הפעל על משטח המדגם והגדר את גודל הסריקה הרצוי בהתאם למדגם ולתכונות המעניינות אותו.הגדל את המשרעת Setpoint במרווחים של ננומטר עד שני ננומטרים עד שהקצה פשוט מאבד מגע עם משטח הדגימה כפי שניתן לראות על ידי קווי העקיבה וההשבה שאינם מצליחים לעקוב זה אחר זה בערוץ חיישן הגובה. לאחר מכן הפחיתו את משרעת ה-Setpoint בשניים עד ארבעה ננומטרים, כך שהקצה יהיה רק במגע עם משטח הדגימה. מטב את הרווחים הפרופורציונליים והאינטגרליים על ידי התאמתם כך שיהיו גבוהים מספיק כדי לאלץ את מערכת המשוב לעקוב אחר טופוגרפיית פני השטח של הדגימה תוך מזעור הרעש.לאחר אופטימיזציה של פרמטרי ההדמיה הטופוגרפיים של AFM, התרחקו מרחק קצר מפני השטח וחזרו לתפריט כוונון הבדיקה. בצע כוונון קנטילי שני שישמש לרכישת קו MFM במצב הרמה משולב, תוך הקפדה על ניתוק התוצאות של מנגינה זו מהפרמטרים הקודמים של הקו הראשי. בכוונון מצב ההרמה המשולב, הגדר את היסט השיא ל- 0%בחר תדרי התחלה וסיום שיסחפו את התדר היבש על פני אזור המשתרע על פני תדר התהודה של הגשושית.התאם את משרעת היעד של מצב ההרמה המשולבת כך שתהיה מעט פחותה ממשרעת היעד הראשית. הדבר יאפשר הדמיית MFM ברגישות גבוהה מבלי לפגוע במשטח בעת שימוש בגבהי הרמה נמוכים לרזולוציה רוחבית אופטימלית. השאירו את חלון הכוונון כדי להתחבר מחדש על פני השטח.כדי למטב את פרמטרי ההדמיה, הגדר את גובה סריקת ההרמה הראשוני ל-25 ננומטר, ולאחר מכן הקטן בהדרגה במרווחים של שניים עד חמישה ננומטרים. ברגע שהגשושית מתחילה פשוט לפגוע בפני השטח, הגדילו מיד את גובה הסריקה כדי לשמר את קצה הבדיקה ולמנוע הכנסת ממצאים טופוגרפיים. הגדל את משרעת הכונן במרווחים קטנים המתאימים לשניים עד חמישה ננומטרים באמפליטודת תנודות עד שמשרעת הכונן הבין-קולית עולה על משרעת הכונן הראשית או שהבדיקה מתחילה ליצור קשר עם המשטח.לאחר מכן להקטין את משרעת הכונן מעט, כך שלא נראים קוצים בערוץ פאזה MFM. המשך למטב באופן איטרטיבי את גובה סריקת ההרמה ואת משרעת הכונן על-ידי כוונון במרווחים קטנים יותר ויותר עד לקבלת תמונת MFM ברזולוציה גבוהה ללא ממצאים טופוגרפיים. מיקרוסקופיית כוח מגנטי משמשת לצילום גבולות תאומים ולמעקב אחר תנועתם בתגובה לשדה מגנטי או לכוח המופעל.תמונות הפאזה המגנטית של דגימת ניקל-מנגן-גליום גבישית בודדת מלוטשת מראות את הכיוון המגנטי האופייני של מדרגות מעבר לגבולות התאומים. תמונת הפאזה המגנטית המכוסה כעור צבעוני על גבי הטופוגרפיה התלת-ממדית של הדגימה מראה את הכיוון הארוך של התחומים המגנטיים המתחלפים במאפיינים הטופוגרפיים. מיטוב הרזולוציה והרגישות המרחבית של MFM נהנה מפעולה בתא כפפות אטמוספרי אינרטי ודורש איזון בין הקטנת גובה ההרמה לבין הגדלת משרעת ההנעה או התנודה.MFM ברזולוציה גבוהה ורגישות גבוהה הוא חיוני לחקר תצורות המגנטיזציה הבסיסיות בסטטוסים של קרח ספין מלאכותי ויכול גם לקדם את התחום המתפתח במהירות של מחשוב גלי ספין.

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

רגישות גבוהה תהודה מגנטית גרעינית בחצי Giga-פסקל: כלי חדש לבדיקת מאפיינים אלקטרוניים והכימיים של חומר מעובה בתנאים קיצוניים

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

מדידות הכנה וחיכוך מיקרוסקופית כוח של immiscible, המתנגדות למברשות פולימר

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

שלב תרשים אפיון באמצעות חרוזים מגנטיים כדיסקים נוזליים

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

תדירות ערבוב סורק זיהוי מגנטי הדמית חלקיקים מגנטיים בדגימות מישורים

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

ציפוי מיקרו-הדמיה תרמית ברזולוציה גבוהה באמצעות אירופיום Chelate פלורסנט

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

הדמיה ברזולוציה משנה ננומטר עם מיקרוסקופית כוח אטומי משרעת אפנון בנוזל

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

ייצור של Nanostructures מגנטית על ממברנות הסיליקון ניטריד ללימודי מערבולת מגנטי באמצעות טכניקות במיקרוסקופ שידור

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

מדידת הזחה אקראית על-ידי שילוב סולם מגנטי ושני בראג בלגים

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

להעשיר ולהרחיב בתאי T אנטיגן ספציפי נדיר עם חלקיקים מגנטיים

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

יישום של סוכן צימוד כדי לשפר את המאפיינים דילטריים של Nanocomposites מבוסס פולימר

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