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

All AFM/MFM-avbildning ble utført i Boise State University Surface Science Laboratory (SSL). Glovebox AFM-systemet som ble brukt i dette arbeidet ble kjøpt under National Science Foundation Major Research Instrumentation (NSF MRI) Grant Number 1727026, som også ga delvis støtte til PHD, ACP og OOM. Delvis støtte til OOM ble videre gitt av NSF CAREER Grant Number 1945650. Forskning ved University of Delaware, inkludert fabrikasjon og elektronmikroskopi karakterisering av kunstige spin-isstrukturer, ble støttet av 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 diskusjoner og utarbeidelse av Ni-Mn-Ga-prøvene vist her, samt Dr. Corey Efaw og Lance Patten for deres bidrag til MFM-standard operasjonsprosedyre, inkludert i tilleggsfil 1.

MERK: I tillegg til protokollen nedenfor, er en detaljert trinnvis MFM-standard operasjonsprosedyre (SOP) som er spesifikk for instrumentet som brukes her og rettet mot generell MFM-avbildning, inkludert som tilleggsfil 1. For å supplere videodelen av dette manuskriptet inneholder SOP bilder av sondeholderen, tipsmagnetisatoren og magnetiseringsprosedyren, programvareinnstillinger, etc.
1. Klargjøring og installasjon av MFM-sonde
<ol><li>Åpne AFM-kontroll...

Høyoppløselig MFM-bildebehandling krever at en tilsvarende høyoppløselig, hi-fi-topografiskanning først anskaffes for hver linje. Denne topografiskanningen oppnås vanligvis gjennom intermitterende kontakt- eller tappemodus-AFM, som benytter et amplitudemodulasjonstilbakemeldingssystem for å bildeprøvetopografi47. Trofastheten til topografiskanningen kan optimaliseres ved å justere amplitudesettpunktet for utkrageren og tilbakemeldingsgevinster som beskrevet i protokollen. Amplitude-settpu...

Magnetisk kraftmikroskopi (MFM), en skanningssondemikroskopi (SPM) derivat av atomkraftmikroskopi (AFM), muliggjør avbildning av de relativt svake, men langtrekkende magnetiske kreftene som oppleves av en magnetisert sondespiss når den beveger seg over en prøveoverflate 1,2,3,4,5. AFM er en ikke-destruktiv karakteriseringsteknikk som benytter en nanometerskala spiss på slutten av en bøyelig utkrager for å kartlegge overflatetopografi6 samt måle materiale (f.eks. mekaniske, elektriske og magnetiske) egenskaper 7,8,9 med nanoskala oppløsning. Avbøyning av utkrageren på grunn av tip-sample interaksjoner av interesse måles via refleksjon av en laser på baksiden av cantilever og inn i en posisjonsfølsom fotodiode10. Høyoppløselig avbildning av et materiales lokale magnetiske egenskaper via MFM gir den unike muligheten til å karakterisere magnetfeltstyrken og orienteringen i nye materialer, strukturer og enheter på nanoskala 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . For å utføre MFM svinges en AFM-sonde hvis spiss er magnetisert vertikalt (dvs. vinkelrett på sondens utkrage og prøveoverflate) mekanisk ved sin naturlige resonansfrekvens i en fast høyde over prøveoverflaten. Resulterende endringer i oscillasjonsamplitude (mindre følsom og dermed mindre vanlig), frekvens eller fase (beskrevet her) overvåkes deretter for å måle magnetfeltstyrken kvalitativt. Mer spesifikt produserer frekvensmodulasjon MFM et kart over skift i oscillasjonsfrekvensen eller fasen, proporsjonal med størrelsen og tegnet på den magnetiske kraftgradienten som sonden opplever. For å opprettholde en konstant høyde over prøven under MFM-målinger, brukes vanligvis en dual-pass-driftsmodus. Prøvetopografien kartlegges først ved hjelp av standard AFM-teknikker, etterfulgt av sammenflettet MFM-avbildning av hver sekvensielle skannelinje i en brukerbestemt løftehøyde (titalls til hundrevis av nm) fra prøveoverflaten. Ved å bruke en slik sammenflettet dual-pass oppkjøpsmodus kan man skille mellom kortdistanse tip-sample van der Waals-interaksjoner som brukes til å kartlegge topografien fra de relativt lengre rekkevidde magnetiske kreftene som oppleves under det sammenflettede løftemoduspasset. MFM-romlig oppløsning øker imidlertid med synkende løftehøyde18, så det er en iboende spenning mellom å øke MFM-oppløsningen og unngå topografiske artefakter på grunn av van der Waals-krefter. På samme måte er MFM-følsomheten proporsjonal med oscillasjonsamplituden under løftemoduspasset, men den maksimalt tillatte oscillasjonsamplituden er begrenset av løftehøyden og raske endringer i prøvetopografien (dvs. funksjoner med høyt sideforhold).
Nylige studier har fremhevet det vell av muligheter knyttet til anvendelse av nanomagnetisme og nanomagnonikk, utviklet via kunstige spin-is (ASI) strukturer og magnoniske krystaller, som fungerende enheter for logikk, beregning, kryptering og datalagring 19,20,21,22 . Sammensatt av nanomagneter arrangert i forskjellige utvidede gitterformasjoner, viser kunstige spinniser fremvoksende magnetiske dipoler eller monopoler som kan styres via en ekstern stimulus 19,20,23,24,25. Generelt favoriserer ASI-er en momentkonfigurasjon som minimerer energien (f.eks. I en todimensjonal (2D) firkantet ASI, to øyeblikk peker inn og to peker ut av hvert toppunkt), med lavenergimikrotilstandene som følger regler analogt med krystallinske spinnismaterialer21,26,27,28 . På samme måte viste en nylig MFM-aktivert studie et tredimensjonalt (3D) ASI-gittersystem konstruert av sjeldne jordspinn som ligger på hjørnedelingstetraeder, hvor to spinn peker mot sentrum av tetraederen og to spinn peker ut, noe som resulterer i to like og motsatte magnetiske dipoler og dermed en netto null magnetisk ladning ved tetraedersentrene23 . Avhengig av justeringen av et påført magnetfelt i forhold til prøveoverflaten, ble det observert signifikante forskjeller i magnetisk rekkefølge og korrelasjonslengde. Justeringen og kontrollen av ASI-dipoler garanterer dermed videre undersøkelser. Metoder for måling av ASI magnetfeltfordelinger har inkludert bruk av et magneto-optisk støyspektrometer29 eller røntgenmagnetisk sirkulær dikroisme fotoemisjonselektronmikroskopi (XMCD-PEEM)25; For å oppnå romlige oppløsninger som er lik eller større enn MFM med XMCD-PEEM, kreves det imidlertid ekstremt korte bølgelengder (dvs. røntgenstråler med høy energi). MFM tilbyr en mye enklere karakteriseringsteknikk som ikke krever eksponering av prøver for potensielt skadelige røntgenstråler med høy energi. I tillegg har MFM blitt brukt til ikke bare å karakterisere ASI-mikrotilstander21,23,27, men også for topologisk defektdrevet magnetisk skriving ved bruk av høye magnetiske momentspisser30. Følgelig kan MFM spille en viktig rolle i å fremme ASI-forskning og utvikling, spesielt gjennom sin evne til å korrelere prøvetopografi med magnetfeltstyrke og orientering, og dermed avsløre de magnetiske dipolene forbundet med spesifikke topografiske egenskaper (dvs. ASI-gitterelementer).
Høyoppløselig MFM gir også betydelig innsikt i forholdet mellom strukturen av ferromagnetiske formminnelegeringer og deres nanoskala magnetomekaniske egenskaper 14,17,31,32,33. Ferromagnetiske formminnelegeringer, ofte referert til som magnetiske formminnelegeringer (MSMA), viser store (opptil 12%) magnetfeltinduserte stammer, gjennomført gjennom tvillinggrensebevegelse 29,33,34,35. MFM-teknikker har blitt brukt til å undersøke de komplekse forholdene mellom twinning under deformasjon og martensitisk transformasjon, innrykk, mikrosøyledeformasjon og nanoskala magnetiske responser av MSMA15,16,17,36. Spesielt oppmerksom har MFM blitt kombinert med nanoindentasjon for å skape og lese et fire-tilstand nanoskala magnetomekanisk minne17. På samme måte forfølges neste generasjons magnetiske opptaksteknologier via varmeassistert magnetisk opptak (HAMR), og oppnår lineære tettheter på 1975 kBPI og sportettheter på 510 kTPI37. Den økte arealtettheten som kreves for å muliggjøre større, mer kompakt datalagring, har resultert i en betydelig reduksjon i den definerte sporhøyden til HAMR-teknologier, noe som understreker behovet for høyoppløselig MFM-avbildning.
I tillegg til ASI og MSMA, har MFM blitt brukt til å karakterisere ulike magnetiske nanopartikler, nanoarrays og andre typer magnetiske prøver 3,38,39. Imidlertid er den ultimate MFM-oppløsningen og følsomheten begrenset både av ting utenfor brukerens kontroll (f.eks. AFM-deteksjonselektronikk, MFM-sondeteknologi, underliggende fysikk, etc.) og ved valg av bildeparametere og miljø. I mellomtiden fortsetter funksjonsstørrelser i magnetiske enheter å redusere40,41, noe som skaper mindre magnetiske domener, og dermed gjør MFM-bildebehandling stadig mer utfordrende. I tillegg er de magnetiske dipolene av interesse ikke alltid orientert ut av plan, parallelt med magnetiseringsvektoren til sonden. Høyoppløselig avbildning av de spredte feltene som kommer fra endene av in-plane eller nesten in-plane orienterte dipoler, som det er tilfelle i ASI-strukturer vist her, krever større følsomhet. Oppnåelse av høyoppløselige MFM-bilder, spesielt av slike magnetiserte prøver i planet som består av magnetiske domener i nanoskala, avhenger derfor av passende valg av MFM-sonde (f.eks. tykkelse, tvang og moment av magnetbelegget, som til tider kan være i strid med forbedring av følsomhet eller sideoppløsning18 eller bevaring av prøvens magnetiske justering30 ), avbildningsparametere (f.eks. løftehøyde og oscillasjonsamplitude, som nevnt ovenfor, samt minimering av slitasje på spissbelegg under avbildning av topografilinjer) og prøvekvalitet (f.eks. overflateruhet og forurensning, inkludert polering av rusk eller overflatevann på grunn av luftfuktighet). Spesielt kan tilstedeværelsen av vann adsorbert på prøveoverflaten på grunn av omgivelsesfuktighet introdusere sterke spissprøve van der Waals-krefter som kan forstyrre måling av magnetiske krefter betydelig og begrense minimum oppnåelig løftehøyde for MFM-målinger. MFM-drift i en hanskeboks med inert atmosfære eliminerer nesten alle overflateforurensninger, noe som gir lavere løftehøyder og høyere oppløsning kombinert med større følsomhet. Følgelig, i prøveeksemplene vist her, har et AFM-system plassert i en tilpasset hanskeboks i inert atmosfære fylt med argon (Ar) som inneholder <0,1 ppm oksygen (O 2) og vann (H2O) blitt brukt for å muliggjøre ekstremt lave løftehøyder (ned til 10 nm). Dette muliggjør deretter utsøkt høyoppløselig MFM-avbildning som er i stand til å løse vekslende magnetiske domener <200 nm brede i en større krystallografisk tvilling- og magnetisk dipoler (nanoskala stangmagneter) <100 nm brede og ~ 250 nm lange.
Denne artikkelen forklarer hvordan du skaffer MFM-bilder med høy oppløsning og høy følsomhet ved å kombinere bruken av en hanskeboks med inert atmosfære med nøye prøvepreparering og optimalt valg av bildeparametere. De beskrevne metodene er spesielt verdifulle for avbildning i planorienterte dipoler, som tradisjonelt er vanskelige å observere, og derfor presenteres eksemplariske høyoppløselige MFM-bilder av både Ni-Mn-Ga MSMA-krystaller som viser forskjellige nanoskala magnetiske domener innen krystallografiske tvillinger og over tvillinggrenser, samt nanomagnetiske ASI-arrays produsert med en magnetisk dipolorientering i planet. Forskere på et bredt spekter av felt som ønsker høyoppløselig MFM-bildebehandling, kan ha betydelig nytte av å bruke protokollen som er skissert her, samt diskusjonen om potensielle utfordringer som 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) gjør det mulig å kartlegge lokale magnetfelt over en prøveflate med nanoskalaoppløsning. For å utføre MFM svinges en atomkraftmikroskopi (AFM) sonde hvis spiss er magnetisert vertikalt (dvs. vinkelrett på sondens utkrager) i en fast høyde over prøveoverflaten. De resulterende skiftene i oscillasjonsfasen eller frekvensen, som er proporsjonale med størrelsen og tegnet på den vertikale magnetiske kraftgradienten på hver pikselplassering, blir deretter sporet og kartlagt. Selv om den romlige oppløsningen og følsomheten til teknikken øker med synkende løftehøyde over overflaten, kompliseres denne tilsynelatende enkle veien til forbedrede MFM-bilder av hensyn som å minimere topografiske artefakter på grunn av kortere rekkevidde van der Waals-krefter, øke oscillasjonsamplituden for ytterligere å forbedre følsomheten, og tilstedeværelsen av overflateforurensninger (spesielt vann på grunn av fuktighet under omgivelsesforhold). I tillegg, på grunn av orienteringen av sondens magnetiske dipolmoment, er MFM iboende mer følsom for prøver med en magnetiseringsvektor utenfor plan. Her rapporteres høyoppløselige topografiske og magnetiske fasebilder av enkelt- og bikomponent nanomagnet kunstig spinn-is (ASI) arrays oppnådd i en inert (argon) atmosfærehanskeboks med <0,1 ppm O 2 og H2O. Optimalisering av løftehøyde og drivamplitude for høy oppløsning og følsomhet samtidig som man unngår innføring av topografiske artefakter diskuteres, og deteksjon av de spredte magnetfeltene som kommer fra hver ende av nanoskala stangmagneter (~ 250 nm lang og <100 nm bred) justert i planet til ASI-prøveoverflaten vises. På samme måte, ved å bruke eksemplet på en Ni-Mn-Ga magnetisk formminnelegering (MSMA), demonstreres MFM i en inert atmosfære med magnetisk fasefølsomhet som er i stand til å løse en rekke tilstøtende magnetiske domener hver ~ 200 nm bred.

Kunstige spinn-is (ASI) gitter Kunstige spinniser er litografisk definerte todimensjonale nettverk av samvirkende nanomagneter. De viser frustrasjon ved design (dvs. eksistensen av mange lokale minima i energilandskapet)21,42,43. Høyoppløselig MFM-avbildning for å belyse magnetiske konfigurasjoner og interaksjoner mellom arraykomponentene gir den unike muligheten til å bedre forstå gitterets spinn-istils...

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) benytter en vertikalt magnetisert atomkraftmikroskopisonde for å måle prøvetopografi og lokal magnetfeltstyrke med nanoskalaoppløsning. Optimalisering av MFM romlig oppløsning og følsomhet krever balansering av redusert løftehøyde mot økende driv (oscillasjon) amplitude, og drar nytte av å operere i en inert atmosfærehanskeboks.

Optimalisering av magnetisk kraftmikroskopioppløsning og følsomhet for å visualisere magnetiske domener i nanoskala

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, eller MFM, benytter en vertikalt magnetisert atomkraftmikroskopisonde for å måle prøvetopografi og lokal magnetfeltstyrke med nanoskalaoppløsning. Ved å balansere synkende løftehøyde mot økende driv- eller oscillasjonsamplitude, kan MFM-romlig oppløsning og følsomhet optimaliseres. Spin-wave databehandling applikasjoner av kunstige spinn iser stole på kunnskap om nanoelement magnetisering teksturer som de bestemmer magnonisk respons.Høyoppløselig MFM gjør det mulig å identifisere isete globale magnetiseringstilstander. Demonstrere prosedyren vil være Olivia Maryon, en nåværende doktorgradsstudent i materialvitenskap og ingeniørfag ved Boise State University, en tidligere lavere AFM forsker for laboratoriet mitt. For å begynne, åpne AFM-kontrollprogramvaren og velg MFM-arbeidsområdet under eksperimentkategorien og gruppen Electrical Magnetic Lift Modes.Monter en AFM-sonde med et magnetisk belegg på en passende sondeholder ved å plassere sondeholderen forsiktig på en monteringsblokk, deretter legge sonden på sondeholderen, justere sonden og sikre den på plass med en fjærbelastet klips. Forsikre deg om at sonden er parallell med alle kanter og ikke berører baksiden av holderens kanal ved å inspisere den under et optisk mikroskop. Manipuler sonden forsiktig etter behov med en pinsett.Magnetiser sonden vertikalt ved hjelp av en sterk, permanent magnet i 2 til 5 sekunder, slik at sondespissens magnetiske dipolorientering vil være vinkelrett på prøven. Fjern AFM-hodet forsiktig mens du sørger for å lade ut elektrostatisk oppbygging ved å berøre AFM-kabinettet. Monter sonde- og sondeholderen ved å justere hullene på sondeholderen med kontaktpinnene på hodet.Installer hodet på AFM og fest det på plass. Juster laseren på midten av MFM-sonden og inn i den posisjonsfølsomme detektoren. For optimal følsomhet, juster laseren på baksiden av utkrageren til stedet som tilsvarer spissens tilbakeslag fra den distale enden av utkrageren.Maksimer sumsignalet på PSD mens du minimerer venstre-høyre og opp-ned-avbøyninger for å sentrere den reflekterte laserstrålen på detektoren. Plasser prøven over AFM chuck-vakuumporten. Unngå å bruke en magnetisk prøveholder, da dette kan påvirke prøven og/eller forstyrre MFM-målingen.Slå på chuckvakuumet for å feste prøven til AFM-trinnet. Gå tilbake til AFM-kontrollprogramvaren, gå til Oppsett og velg den valgte sondetypen. Sett utkrageren i fokus og juster trådkorset i den optiske mikroskopvisningen som skal plasseres over baksiden av MFM-sondens utkrage der spissen er plassert ved hjelp av det kjente spisstilbakeslaget basert på den valgte sonden.Åpne Naviger-vinduet, og plasser AFM-trinnet og -eksemplet slik at interesseområdet er rett under AFM-spissen. Senk AFM-hodet til prøveoverflaten kommer i fokus i optisk visning. Gå tilbake til Oppsett, velg Manuell innstilling, og utfør en utkragende melodi ved å velge start- og sluttfrekvenser som vil feie dither piezo-stasjonsfrekvensen over et område som er valgt for å spenne over den forventede resonansfrekvensen til den valgte sonden.Velg en frekvensforskyvning og målamplitude. Still deretter inn utkragingen og still inn ønsket amplitudesettpunkt. Engasjer deg på prøveoverflaten og still inn ønsket skannestørrelse avhengig av prøven og funksjonene av interesse.Øk amplitude setpoint i trinn på en til to nanometer til spissen bare mister kontakten med prøveoverflaten som sett av sporings- og retracelinjene som ikke sporer hverandre i høydesensorkanalen. Reduser deretter amplitude setpoint med to til fire nanometer slik at spissen bare er i kontakt med prøveoverflaten. Optimaliser proporsjonale og integrerte gevinster ved å justere dem slik at de er høye nok til å tvinge tilbakemeldingssystemet til å spore prøveoverflatetopografien samtidig som støy minimeres.Når AFM-topografiparameterne er optimalisert, trekker du ut en kort avstand fra overflaten og går tilbake til sondeinnstillingsmenyen. Utfør en andre utkragende melodi som skal brukes til å skaffe den sammenflettede MFM-linjen for løftemodus, og sørg for å koble resultatene av denne melodien fra de forrige hovedlinjeparametrene. I den sammenflettede heismodusinnstillingen setter du toppforskyvningen til 0 %Velg start- og sluttfrekvenser som vil feie tørrfrekvensen over et område som spenner over sondens resonansfrekvens.Juster målamplituden i sammenflettet løftemodus til å være litt mindre enn hovedlinjemålamplituden. Dette vil muliggjøre MFM-avbildning med høy følsomhet uten å treffe overflaten når du bruker lave løftehøyder for optimal sideoppløsning. La cantilever tune-vinduet for å reengage på overflaten.For å optimalisere bildeparametrene, sett den første løfteskannehøyden til 25 nanometer, og reduser deretter gradvis i trinn på to til fem nanometer. Når sonden begynner å bare treffe overflaten, øker du umiddelbart skannehøyden for å bevare sondespissen og forhindre innføring av topografiske artefakter. Øk drivamplituden i små trinn som tilsvarer to til fem nanometer i oscillasjonsamplitude til interleave-drivamplituden overskrider hovedlinjefrekvensamplituden eller sonden begynner å komme i kontakt med overflaten.Senk deretter drivamplituden litt slik at ingen pigger ses i MFM-fasekanalen. Fortsett iterativt å optimalisere Lift Scan-høyden og drivamplituden ved å justere i gradvis mindre trinn til et MFM-bilde med høy oppløsning uten topografiske artefakter oppnås. Magnetisk kraftmikroskopi brukes til å avbilde tvillinggrenser og spore bevegelsen som svar på et påført magnetfelt eller kraft.De magnetiske fasebildene av den polerte, enkeltkrystall nikkel-mangan-galliumprøven viser den karakteristiske trappetrinnmagnetiske orienteringen over tvillinggrensene. Det magnetiske fasebildet overlagt som en farget hud på toppen av prøvens 3D-topografi viser den lange retningen til de magnetiske domenene som bytter på de topografiske egenskapene. Optimalisering av MFM romlig oppløsning og følsomhet drar nytte av å operere i et inert atmosfærisk hanskerom og krever balansering av redusert løftehøyde mot økende driv- eller oscillasjonsamplitude.Høy oppløsning, høy følsomhet MFM er avgjørende for å studere de underliggende magnetiseringskonfigurasjonene i kunstige spinnisstatuser og kan også fremme det raskt utviklende feltet 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

Høy følsomhet Nuclear Magnetic Resonance på Giga-Pascal Presset: et nytt verktøy for undersøkelser Elektronisk og kjemiske egenskaper for Condensed Matter 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 Mikros Målinger av blandbar, motstridende 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 Ved hjelp av magnetiske kuler som flytende bærere

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 Magnetic Detection Scanner for Imaging magnetiske partikler i 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

Høyoppløselig termisk Micro-imaging Bruke Europium chelat Lysende 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-modulasjon Atomic Force Microscopy i væske

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

Fabrikasjon av magnetiske nanostrukturer på Silicon Nitride membraner for magnetisk Vortex studier med overføring 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 tilfeldig-forskyvning måling ved å kombinere en magnetisk skala og to fiber Bragg rister

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

Berike og utvide sjeldne Antigen-spesifikke T-celler med magnetiske 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 av et koblingsmiddel for å forbedre de dielektriske egenskapene til polymerbaserte nanokompositer

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