Name: optimizing magnetic force microscopy resolution and sensitivity to visualize nanoscale magnetic domains
Uploaded: 2022-07-20T14:40:00
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Todas as imagens AFM/MFM foram realizadas no Laboratório de Ciências de Superfície (SSL) da Universidade Estadual de Boise. O sistema AFM de porta-luvas usado neste trabalho foi adquirido sob o número de concessão 1727026 da National Science Foundation Major Research Instrumentation (NSF MRI), que também forneceu suporte parcial para PHD, ACP e OOM. O apoio parcial para o OOM foi ainda fornecido pelo NSF CAREER Grant Number 1945650. A pesquisa na Universidade de Delaware, incluindo fabricação e caracterização por microscopia eletrônica de estruturas artificiais de spin-ice, foi apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências Básicas de Energia, Divisão de Ciências e Engenharia de Materiais sob o Prêmio DE-SC0020308. Os autores agradecem aos Drs. Medha Veligatla e Peter Müllner pelas discussões úteis e preparação das amostras de Ni-Mn-Ga mostradas aqui, bem como ao Dr. Corey Efaw e Lance Patten por suas contribuições para o procedimento operacional padrão MFM, inclusive no Arquivo Suplementar 1.

NOTA: Além do protocolo abaixo, um procedimento operacional padrão (SOP) detalhado e passo a passo do MFM, específico para o instrumento usado aqui e voltado para imagens gerais do MFM, está incluído como Arquivo Suplementar 1. Para complementar a parte de vídeo deste manuscrito, o SOP inclui imagens do suporte da sonda, magnetizador de ponta e procedimento de magnetização, configurações de software, etc.
1. Preparação e instalação da sonda MFM...

A imagem MFM de alta resolução requer que uma varredura de topografia de alta resolução e alta fidelidade correspondente seja adquirida primeiro para cada linha. Essa topografia é tipicamente obtida por meio de contato intermitente ou modo de toque AFM, que emprega um sistema de feedback de modulação de amplitude para a topografia de amostra de imagem47. A fidelidade da topografia pode ser otimizada ajustando o ponto de ajuste de amplitude do cantilever e os ganhos de feedback conforme desc...

A microscopia de força magnética (MFM), uma microscopia de sonda de varredura (SPM) derivada da microscopia de força atômica (AFM), permite a obtenção de imagens das forças magnéticas relativamente fracas, mas de longo alcance, experimentadas por uma ponta de sonda magnetizada à medida que viaja acima de uma superfície de amostra 1,2,3,4,5. AFM é uma técnica de caracterização não destrutiva que emprega uma ponta em escala nanométrica no final de um cantilever maleável para mapear a topografia da superfície6, bem como medir as propriedades do material (por exemplo, mecânicas, elétricas e magnéticas) 7,8,9 com resolução em nanoescala. A deflexão do cantilever devido a interações de interesse entre a ponta e a amostra é medida através da reflexão de um laser na parte de trás do cantilever e em um fotodiodo sensível à posição10. A imagem de alta resolução das propriedades magnéticas locais de um material via MFM oferece a oportunidade única de caracterizar a intensidade e a orientação do campo magnético em novos materiais, estruturas e dispositivos em nanoescala 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . Para realizar MFM, uma sonda AFM cuja ponta foi magnetizada verticalmente (ou seja, perpendicular ao cantilever da sonda e à superfície da amostra) é oscilada mecanicamente em sua frequência de ressonância natural a uma altura fixa acima da superfície da amostra. Mudanças resultantes na amplitude de oscilação (menos sensível e, portanto, menos comum), frequência ou fase (descritas aqui) são então monitoradas para medir qualitativamente a força do campo magnético. Mais especificamente, a modulação de frequência MFM produz um mapa de mudanças na frequência ou fase de oscilação, proporcional à magnitude e ao sinal do gradiente de força magnética experimentado pela sonda. A fim de manter uma altura constante acima da amostra durante as medições de MFM, um modo de operação de passagem dupla é normalmente empregado. A topografia da amostra é mapeada pela primeira vez por meio de técnicas padrão de AFM, seguidas por imagens MFM intercaladas de cada linha de varredura sequencial a uma altura de elevação determinada pelo usuário (dezenas a centenas de nm) fora da superfície da amostra. O emprego desse modo de aquisição de passagem dupla intercalada permite a separação das interações de van der Waals de curta distância entre ponta e amostra usadas para mapear a topografia das forças magnéticas de alcance relativamente longo experimentadas durante a passagem do modo de elevação intercalada. No entanto, a resolução espacial da MFM aumenta com a diminuição da alturade elevação 18, de modo que há uma tensão inerente entre aumentar a resolução da MFM e evitar artefatos topográficos devido às forças de van der Waals. Da mesma forma, a sensibilidade MFM é proporcional à amplitude de oscilação durante a passagem do modo de elevação, mas a amplitude de oscilação máxima permitida é limitada pela altura de elevação e mudanças rápidas na topografia da amostra (ou seja, características de alta relação de aspecto).
Estudos recentes têm destacado a riqueza de oportunidades associadas à aplicação do nanomagnetismo e da nanomagnônica, desenvolvidos por meio de estruturas artificiais de spin-ice (ASI) e cristais magnônicos, como dispositivos funcionais para lógica, computação, criptografia e armazenamento de dados 19,20,21,22 . Compostos por nanoímãs dispostos em distintas formações de rede estendida, os gelos de spin artificiais exibem dipolos magnéticos emergentes ou monopolos que podem ser controlados através de um estímulo externo 19,20,23,24,25. Em geral, as ASIs favorecem uma configuração de momento que minimiza a energia (por exemplo, em uma ASI quadrada bidimensional (2D), dois momentos apontam para dentro e dois pontos para fora de cada vértice), com os microestados de baixa energia seguindo regras análogas aos materiais cristalinos de spin-ice21,26,27,28 . Da mesma forma, um estudo recente habilitado para MFM demonstrou um sistema de rede ASI tridimensional (3D) construído a partir de spins de terras raras situados em tetraedros de compartilhamento de esquina, onde dois spins apontam para o centro dos tetraedros e dois spins apontam, resultando em dois dipolos magnéticos iguais e opostos e, portanto, uma carga magnética líquida zero nos centros de tetraedros23 . Dependendo do alinhamento de um campo magnético aplicado em relação à superfície da amostra, foram observadas diferenças significativas na ordenação magnética e no comprimento de correlação. O alinhamento e o controlo dos dipolos ASI justificam, assim, uma investigação mais aprofundada. Os métodos de medição das distribuições do campo magnético ASI incluíram o uso de um espectrômetro de ruído magneto-óptico29 ou a microscopia eletrônica de fotoemissão de ciclismo circular magnético de raios-X (XMCD-PEEM)25; no entanto, para alcançar resoluções espaciais iguais ou maiores que a do MFM com XMCD-PEEM, são necessários comprimentos de onda extremamente curtos (ou seja, raios-X de alta energia). O MFM oferece uma técnica de caracterização muito mais simples que não requer a exposição de amostras a raios-X de alta energia potencialmente prejudiciais. Além disso, a MFM tem sido usada não apenas para caracterizar microestados ASI21,23,27, mas também para escrita magnética orientada por defeitos topológicos usando pontas de alto momento magnético30. Assim, o MFM pode desempenhar um papel vital no avanço da pesquisa e desenvolvimento da ASI, especificamente por meio de sua capacidade de correlacionar a topografia da amostra com a força e a orientação do campo magnético, revelando assim os dipolos magnéticos associados a características topográficas específicas (ou seja, elementos de rede ASI).
A MFM de alta resolução também fornece uma visão significativa da relação entre a estrutura de ligas de memória de forma ferromagnética e suas propriedades magnetomecânicas em nanoescala 14,17,31,32,33. As ligas de memória de forma ferromagnética, comumente referidas como ligas de memória de forma magnética (MSMAs), exibem grandes (até 12%) deformações induzidas por campo magnético, realizadas através de movimento de fronteira gêmea 29,33,34,35. Técnicas de MFM têm sido utilizadas para investigar as complexas relações entre geminação durante a deformação e transformação martensítica, recuo, deformação de micropilares e respostas magnéticas em nanoescala de MSMAs15,16,17,36. De particular importância, o MFM foi combinado com nanoindentação para criar e ler uma memória magnetomecânica em nanoescala de quatro estados17. Da mesma forma, as tecnologias de gravação magnética de próxima geração estão sendo perseguidas através da gravação magnética assistida por calor (HAMR), alcançando densidades lineares de 1975 kBPI e densidades de pista de 510 kTPI37. O aumento da densidade areal necessária para permitir um armazenamento de dados maior e mais compacto resultou em uma redução significativa no passo de pista definido das tecnologias HAMR, acentuando a necessidade de imagens MFM de alta resolução.
Além de ASIs e MSMAs, o MFM tem sido utilizado com sucesso para caracterizar várias nanopartículas magnéticas, nanoarrays e outros tipos de amostras magnéticas 3,38,39. No entanto, a resolução e a sensibilidade finais do MFM são limitadas tanto por coisas além do controle do usuário (por exemplo, eletrônica de detecção AFM, tecnologia de sonda MFM, física subjacente, etc.) quanto pela escolha de parâmetros de imagem e ambiente. Enquanto isso, os tamanhos dos recursos em dispositivos magnéticos continuam a diminuir40,41, criando domínios magnéticos menores, tornando a imagem MFM cada vez mais desafiadora. Além disso, os dipolos magnéticos de interesse nem sempre são orientados para fora do plano, paralelamente ao vetor de magnetização da sonda. A imagem de alta resolução dos campos perdidos que emanam das extremidades dos dipolos orientados no plano ou quase no plano, como é o caso das estruturas ASI mostradas aqui, requer maior sensibilidade. A obtenção de imagens MFM de alta resolução, especialmente de tais amostras magnetizadas no plano compostas de domínios magnéticos em nanoescala, depende, portanto, da escolha apropriada da sonda MFM (por exemplo, espessura, coercividade e momento do revestimento magnético, que às vezes podem estar em desacordo com a melhoria da sensibilidade ou resolução lateral18 ou preservação do alinhamento magnético da amostra30 ), parâmetros de imagem (por exemplo, altura de elevação e amplitude de oscilação, conforme mencionado acima, bem como minimizar o desgaste do revestimento da ponta durante a imagem da linha de topografia) e qualidade da amostra (por exemplo, rugosidade superficial e contaminação, incluindo detritos de polimento ou água superficial devido à umidade ambiente). Em particular, a presença de água adsorvida na superfície da amostra devido à umidade ambiente pode introduzir fortes forças de van der Waals na amostra de ponta que podem interferir significativamente na medição das forças magnéticas e limitar a altura de elevação mínima alcançável para medições de MFM. A operação MFM dentro de um porta-luvas de atmosfera inerte elimina quase todos os contaminantes de superfície, permitindo alturas de elevação mais baixas e maior resolução, juntamente com maior sensibilidade. Assim, nos exemplos de amostra mostrados aqui, um sistema AFM alojado em uma caixa de luvas de atmosfera inerte personalizada cheia de argônio (Ar) contendo oxigênio <0,1 ppm (O 2) e água(H2 O) foi empregado para permitir alturas de elevação extremamente baixas (até 10 nm). Posteriormente, isso permite imagens MFM de alta resolução requintadamente capazes de resolver domínios magnéticos alternados de <200 nm de largura dentro de um gêmeo cristalográfico maior e dipolos magnéticos (ímãs de barra em nanoescala) <100 nm de largura e ~ 250 nm de comprimento.
Este artigo explica como adquirir imagens MFM de alta resolução e alta sensibilidade combinando o uso de um porta-luvas de atmosfera inerte com uma preparação cuidadosa da amostra e a escolha ideal dos parâmetros de imagem. Os métodos descritos são especialmente valiosos para a imagem de dipolos orientados no plano, que são tradicionalmente difíceis de observar e, portanto, imagens MFM exemplares de alta resolução são apresentadas de cristais Ni-Mn-Ga MSMA exibindo domínios magnéticos distintos em nanoescala dentro de gêmeos cristalográficos e através de fronteiras de gêmeos, bem como matrizes ASI nanomagnéticas fabricadas com uma orientação de dipolo magnético no plano. Pesquisadores em uma ampla variedade de campos que desejam imagens MFM de alta resolução podem se beneficiar significativamente do emprego do protocolo descrito aqui, bem como da discussão de desafios potenciais, como artefatos topográficos.

<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

A microscopia de força magnética (MFM) permite mapear campos magnéticos locais em uma superfície de amostra com resolução em nanoescala. Para realizar o MFM, uma sonda de microscopia de força atômica (AFM) cuja ponta foi magnetizada verticalmente (ou seja, perpendicular ao balanço da sonda) é oscilada a uma altura fixa acima da superfície da amostra. As mudanças resultantes na fase ou frequência de oscilação, que são proporcionais à magnitude e ao sinal do gradiente de força magnética vertical em cada local de pixel, são então rastreadas e mapeadas. Embora a resolução espacial e a sensibilidade da técnica aumentem com a diminuição da altura de elevação acima da superfície, esse caminho aparentemente simples para melhorar as imagens MFM é complicado por considerações como minimizar artefatos topográficos devido às forças de van der Waals de menor alcance, aumentar a amplitude de oscilação para melhorar ainda mais a sensibilidade e a presença de contaminantes superficiais (em particular água devido à umidade sob condições ambientais). Além disso, devido à orientação do momento de dipolo magnético da sonda, o MFM é intrinsecamente mais sensível a amostras com um vetor de magnetização fora do plano. Aqui, são relatadas imagens topográficas e de fase magnética de alta resolução de matrizes de spin-ice artificial de nanoímã único e bicomponente (ASI) obtidas em um porta-luvas de atmosfera inerte (argônio) com <0,1ppm O 2 e H2 O. A otimização da altura de elevação e da amplitude de acionamento para alta resolução e sensibilidade, evitando simultaneamente a introdução de artefatos topográficos, e a detecção dos campos magnéticos perdidos que emanam de ambas as extremidades dos ímãs de barra em nanoescala (~ 250 nm de comprimento e <100 nm de largura) alinhados no plano da superfície da amostra ASI é mostrada. Da mesma forma, usando o exemplo de uma liga de memória de forma magnética Ni-Mn-Ga (MSMA), o MFM é demonstrado em uma atmosfera inerte com sensibilidade à fase magnética capaz de resolver uma série de domínios magnéticos adjacentes a cada ~ 200 nm de largura.

Redes artificiais de gelo de spin (ASI) Ices de spin artificiais são redes bidimensionais litograficamente definidas de nanoímãs interagindo. Eles exibem frustração pelo design (ou seja, a existência de muitos mínimos locais na paisagem energética)21,42,43. A imagem MFM de alta resolução para elucidar as configurações magnéticas e as interações entre os componentes da matriz oferece a oportunid...

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

A microscopia de força magnética (MFM) emprega uma sonda de microscopia de força atômica magnetizada verticalmente para medir a topografia da amostra e a força do campo magnético local com resolução em nanoescala. A otimização da resolução espacial e da sensibilidade do MFM requer o equilíbrio entre a diminuição da altura de elevação e o aumento da amplitude de acionamento (oscilação) e se beneficia da operação em um porta-luvas de atmosfera inerte.

Otimizando a resolução e a sensibilidade da microscopia de força magnética para visualizar domínios magnéticos em nanoescala

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

A Microscopia de Força Magnética, ou MFM, emprega uma sonda de microscopia de força atômica magnetizada verticalmente para medir a topografia da amostra e a força do campo magnético local com resolução em nanoescala. Ao equilibrar a diminuição da altura de elevação com o aumento da amplitude de acionamento ou oscilação, a resolução espacial e a sensibilidade do MFM podem ser otimizadas. As aplicações de computação de ondas de spin de gelos de spin artificiais dependem do conhecimento das texturas de magnetização de nanoelementos à medida que determinam a resposta magnônica.O MFM de alta resolução permite a identificação de estados de magnetização global gelados. Demonstrando o procedimento estará Olivia Maryon, uma atual estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais na Boise State University, ex-pesquisadora de graduação da AFM para o meu laboratório. Para começar, abra o software de controle AFM e selecione a área de trabalho MFM na categoria e grupo de experimentos Modos de elevação magnética elétrica.Monte uma sonda AFM com um revestimento magnético em um suporte de sonda apropriado, colocando cuidadosamente o suporte da sonda em um bloco de montagem, carregando a sonda no suporte da sonda, alinhando a sonda e fixando-a no lugar com um clipe carregado por mola. Certifique-se de que a sonda esteja paralela a todas as bordas e não toque na parte de trás do canal do suporte, inspecionando-a sob um microscópio óptico. Manipule suavemente a sonda conforme necessário com um par de pinças.Magnetize a sonda verticalmente usando um ímã forte e permanente por 2 a 5 segundos para que a orientação do dipolo magnético da ponta da sonda seja perpendicular à amostra. Remova cuidadosamente a cabeça AFM enquanto toma cuidado para descarregar qualquer acúmulo eletrostático tocando no gabinete AFM. Instale a sonda e o suporte da sonda alinhando os orifícios no suporte da sonda com os pinos de contato na cabeça.Reinstale a cabeça no AFM e fixe-a no lugar. Alinhe o laser no centro do cantilever da sonda MFM e no detector sensível à posição. Para uma sensibilidade ideal, alinhe o laser na parte de trás do cantilever ao local correspondente ao recuo da ponta da extremidade distal do balanço.Maximize o sinal de soma no PSD enquanto minimiza as deflexões esquerda-direita e cima-baixo para centralizar o feixe de laser refletido no detector. Coloque a amostra sobre a porta de vácuo do mandril AFM. Evite usar um suporte de amostra magnético, pois isso pode afetar a amostra e/ou interferir na medição do MFM.Ligue o vácuo do mandril para fixar a amostra ao estágio AFM. Retorne ao software de controle AFM, vá para Configuração e selecione o tipo de sonda escolhido. Coloque o cantilever em foco e alinhe a mira dentro da visão do microscópio óptico para ser posicionada sobre a parte de trás do cantilever da sonda MFM, onde a ponta está localizada, usando o recuo da ponta conhecido com base na sonda selecionada.Abra a janela Navegar e posicione o estágio e a amostra do AFM de modo que a região de interesse fique diretamente abaixo da ponta do AFM. Abaixe a cabeça do AFM até que a superfície da amostra entre em foco na visualização óptica. Volte para Configuração, selecione Sintonia manual e execute uma sintonia em balanço escolhendo as frequências de início e término que varrerão a frequência da unidade piezo de ponteira em uma região escolhida para abranger a frequência de ressonância esperada da sonda selecionada.Escolha um deslocamento de frequência de acionamento e amplitude de destino. Em seguida, ajuste o cantilever e defina o ponto de ajuste de amplitude desejado. Envolva-se na superfície da amostra e defina o tamanho de digitalização desejado, dependendo da amostra e das características de interesse.Aumente o Setpoint de Amplitude em incrementos de um a dois nanômetros até que a ponta apenas perca o contato com a superfície da amostra, como visto pelo traço e linhas de retraço que não conseguem rastrear umas às outras no canal do sensor de altura. Em seguida, diminua o Setpoint de Amplitude em dois a quatro nanômetros para que a ponta esteja apenas em contato com a superfície da amostra. Otimize os ganhos proporcionais e integrais ajustando-os para que sejam altos o suficiente para forçar o sistema de feedback a rastrear a topografia da superfície da amostra, minimizando o ruído.Uma vez que os parâmetros de imagem de topografia AFM tenham sido otimizados, retire-se a uma curta distância da superfície e retorne ao menu de ajuste da sonda. Execute uma segunda sintonia em balanço a ser usada para adquirir a linha MFM do modo de elevação intercalada, certificando-se de desvincular os resultados dessa sintonia dos parâmetros anteriores da linha principal. Na sintonia do modo de elevação intercalada, defina o deslocamento de pico como 0%Escolha as frequências de início e término que varrerão a frequência seca em uma região que abrange a frequência de ressonância da sonda.Ajuste a amplitude do alvo do modo de elevação intercalado para ser ligeiramente menor do que a amplitude do alvo da linha principal. Isso permitirá imagens MFM de alta sensibilidade sem atingir a superfície ao utilizar baixas alturas de elevação para uma resolução lateral ideal. Deixe a janela de sintonia do cantilever para voltar a engatar na superfície.Para otimizar os parâmetros de imagem, defina a altura inicial da varredura de elevação para 25 nanômetros e, em seguida, diminua gradualmente os incrementos de dois a cinco nanômetros. Uma vez que a sonda começa a apenas atingir a superfície, aumente imediatamente a altura de varredura para preservar a ponta da sonda e evitar a introdução de artefatos topográficos. Aumente a amplitude da unidade em pequenos incrementos correspondentes a dois a cinco nanômetros em amplitude de oscilação até que a amplitude da unidade de intercalação exceda a amplitude da unidade da linha principal ou a sonda comece a entrar em contato com a superfície.Em seguida, diminua ligeiramente a amplitude da unidade para que nenhum pico seja visto no canal de fase MFM. Continue otimizando iterativamente a altura de varredura de elevação e a amplitude da unidade, ajustando em incrementos progressivamente menores até que uma imagem MFM de alta resolução livre de artefatos topográficos seja obtida. A microscopia de força magnética é usada para visualizar limites gêmeos e rastrear seu movimento em resposta a um campo magnético ou força aplicada.As imagens de fase magnética da amostra de níquel-manganês-gálio polido de cristal único mostram a orientação magnética característica da escada através dos limites gêmeos. A imagem de fase magnética sobreposta como uma pele colorida no topo da topografia 3D da amostra mostra a longa direção dos domínios magnéticos que alternam nas características topográficas. A otimização da resolução espacial e da sensibilidade do MFM se beneficia da operação em um porta-luvas atmosféricas inertes e requer o equilíbrio entre a diminuição da altura de elevação e o aumento da amplitude de acionamento ou oscilação.O MFM de alta resolução e alta sensibilidade é crucial para estudar as configurações de magnetização subjacentes em status de gelo de spin artificial e também pode avançar o campo em rápido desenvolvimento da computação de ondas de spin.

Research

JoVE Journal

Engineering

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