Name: optimizing magnetic force microscopy resolution and sensitivity to visualize nanoscale magnetic domains
Uploaded: 2022-07-20T14:40:00
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Todas las imágenes de AFM / MFM se realizaron en el Laboratorio de Ciencias de la Superficie (SSL) de la Universidad Estatal de Boise. El sistema AFM de guantera utilizado en este trabajo fue comprado bajo el número de subvención 1727026 de National Science Foundation Major Research Instrumentation (NSF MRI), que también proporcionó apoyo parcial para PHD, ACP y OOM. El apoyo parcial para OOM fue proporcionado además por NSF CAREER Grant Number 1945650. La investigación en la Universidad de Delaware, incluida la fabricación y caracterización por microscopía electrónica de estructuras artificiales de espín y hielo, fue apoyada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Ciencias Energéticas Básicas, División de Ciencias de los Materiales e Ingeniería bajo el Premio DE-SC0020308. Medha Veligatla y Peter Müllner por las útiles discusiones y preparación de las muestras de Ni-Mn-Ga que se muestran aquí, así como al Dr. Corey Efaw y Lance Patten por sus contribuciones al procedimiento operativo estándar de MFM, incluido en el Archivo Suplementario 1.

NOTA: Además del protocolo a continuación, se incluye como archivo complementario 1 un procedimiento operativo estándar (SOP) detallado paso a paso de MFM específico para el instrumento utilizado aquí y orientado a imágenes generales de MFM. Para complementar la parte de video de este manuscrito, el SOP incluye imágenes del soporte de la sonda, el magnetizador de punta y el procedimiento de magnetización, la configuración del software, etc.
1. Preparación e ins...

Las imágenes MFM de alta resolución requieren que primero se adquiera un escaneo topográfico de alta resolución y alta fidelidad correspondiente para cada línea. Este escaneo topográfico se obtiene típicamente a través de contacto intermitente o AFM en modo de roscado, que emplea un sistema de retroalimentación de modulación de amplitud para obtener imágenes de la topografía de la muestra47. La fidelidad del escaneo topográfico se puede optimizar ajustando el punto de ajuste de amplit...

La microscopía de fuerza magnética (MFM), una microscopía de sonda de barrido (SPM) derivada de la microscopía de fuerza atómica (AFM), permite obtener imágenes de las fuerzas magnéticas relativamente débiles pero de largo alcance experimentadas por una punta de sonda magnetizada a medida que viaja por encima de una superficie de muestra 1,2,3,4,5. AFM es una técnica de caracterización no destructiva que emplea una punta a escala nanométrica en el extremo de un voladizo flexible para mapear la topografía de la superficie6, así comomedir las propiedades del material (por ejemplo, mecánicas, eléctricas y magnéticas) 7,8,9 con resolución a nanoescala. La desviación del voladizo debido a las interacciones de interés de la muestra de punta se mide a través de la reflexión de un láser en la parte posterior del voladizo y en un fotodiodo sensible a la posición10. Las imágenes de alta resolución de las propiedades magnéticas locales de un material a través de MFM brindan la oportunidad única de caracterizar la intensidad y orientación del campo magnético en nuevos materiales, estructuras y dispositivos a nanoescala 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . Para realizar MFM, una sonda AFM cuya punta ha sido magnetizada verticalmente (es decir, perpendicular al voladizo de la sonda y la superficie de la muestra) se oscila mecánicamente a su frecuencia de resonancia natural a una altura fija sobre la superficie de la muestra. Los cambios resultantes en la amplitud de oscilación (menos sensible y, por lo tanto, menos común), frecuencia o fase (descritos aquí) se monitorean para medir cualitativamente la intensidad del campo magnético. Más específicamente, la modulación de frecuencia MFM produce un mapa de cambios en la frecuencia o fase de oscilación, proporcional a la magnitud y el signo del gradiente de fuerza magnética experimentado por la sonda. Para mantener una altura constante por encima de la muestra durante las mediciones de MFM, normalmente se emplea un modo de operación de doble paso. La topografía de la muestra se mapea primero a través de técnicas estándar de AFM, seguidas de imágenes MFM intercaladas de cada línea de escaneo secuencial a una altura de elevación determinada por el usuario (decenas a cientos de nm) de la superficie de la muestra. El empleo de un modo de adquisición de doble paso intercalado permite la separación de las interacciones de van der Waals de punta y muestra de corto alcance utilizadas para mapear la topografía de las fuerzas magnéticas de alcance relativamente más largo experimentadas durante el paso del modo de elevación intercalado. Sin embargo, la resolución espacial de MFM aumenta con la disminución de la altura de elevación18, por lo que existe una tensión inherente entre el aumento de la resolución MFM y evitar artefactos topográficos debido a las fuerzas de van der Waals. Del mismo modo, la sensibilidad de las máquinas digitales multifuncionales es proporcional a la amplitud de oscilación durante la pasada del modo de elevación, pero la amplitud de oscilación máxima permitida está limitada por la altura de elevación y los cambios rápidos en la topografía de la muestra (es decir, características de alta relación de aspecto).
Estudios recientes han destacado la gran cantidad de oportunidades asociadas con la aplicación del nanomagnetismo y la nanomagnónica, desarrollados a través de estructuras artificiales de espín y hielo (ASI) y cristales magnónicos, como dispositivos funcionales para la lógica, la computación, el cifrado y el almacenamiento de datos 19,20,21,22 . Compuestos por nanoimanes dispuestos en distintas formaciones reticulares extendidas, los hielos artificiales de espín exhiben dipolos magnéticos emergentes o monopolos que pueden controlarse a través de un estímulo externo 19,20,23,24,25. En general, los ASI favorecen una configuración de momento que minimiza la energía (por ejemplo, en un ASI cuadrado bidimensional (2D), dos momentos apuntan y dos apuntan fuera de cada vértice), con los microestados de baja energía siguiendo reglas análogas a los materiales cristalinos de espín y hielo21,26,27,28 . De manera similar, un estudio reciente habilitado para MFM demostró un sistema de red ASI tridimensional (3D) construido a partir de espines de tierras raras situados en tetraedros que comparten esquinas, donde dos espines apuntan hacia el centro de los tetraedros y dos espines señalan, lo que resulta en dos dipolos magnéticos iguales y opuestos y, por lo tanto, una carga magnética neta cero en los centros de tetraedros23 . Dependiendo de la alineación de un campo magnético aplicado en relación con la superficie de la muestra, se observaron diferencias significativas en el orden magnético y la longitud de la correlación. Por lo tanto, la alineación y el control de los dipolos ASI justifican una mayor investigación. Los métodos para medir las distribuciones del campo magnético ASI han incluido el uso de un espectrómetro de ruido magneto-óptico29 o microscopía electrónica de fotoemisión dicroísmo circular magnético de rayos X (XMCD-PEEM)25; sin embargo, para lograr resoluciones espaciales iguales o mayores que las de las máquinas digitales multifuncionales con XMCD-PEEM, se requieren longitudes de onda extremadamente cortas (es decir, rayos X de alta energía). MFM ofrece una técnica de caracterización mucho más simple que no requiere la exposición de muestras a rayos X de alta energía potencialmente dañinos. Además, MFM se ha utilizado no solo para caracterizar microestados ASI21,23,27, sino también para la escritura magnética impulsada por defectos topológicos utilizando puntas de alto momento magnético30. En consecuencia, MFM puede desempeñar un papel vital en la promoción de la investigación y el desarrollo de ASI, específicamente a través de su capacidad para correlacionar la topografía de la muestra con la intensidad y orientación del campo magnético, revelando así los dipolos magnéticos asociados con características topográficas específicas (es decir, elementos de red ASI).
Las máquinas digitales multifuncionales de alta resolución también proporcionan información significativa sobre la relación entre la estructura de las aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma y sus propiedades magnetomecánicas a nanoescala 14,17,31,32,33. Las aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma, comúnmente conocidas como aleaciones con memoria de forma magnética (MSMA), exhiben grandes (hasta 12%) cepas inducidas por el campo magnético, transportadas a través del movimiento de doble límite 29,33,34,35. Se han utilizado técnicas MFM para investigar las complejas relaciones entre el hermanamiento durante la deformación y la transformación martensítica, la indentación, la deformación de micropilares y las respuestas magnéticas a nanoescala de las MSMA15,16,17,36. Cabe destacar que MFM se ha combinado con nanoindentación para crear y leer una memoria magnetomecánica a nanoescala de cuatro estados17. Del mismo modo, las tecnologías de grabación magnética de próxima generación se están aplicando a través de la grabación magnética asistida por calor (HAMR), logrando densidades lineales de 1975 kBPI y densidades de pista de 510 kTPI37. El aumento de la densidad de área requerido para permitir un almacenamiento de datos mayor y más compacto ha resultado en una reducción significativa en el paso de pista definido de las tecnologías HABR, acentuando la necesidad de imágenes MFM de alta resolución.
Además de los ASI y MSMA, MFM se ha utilizado con éxito para caracterizar diversas nanopartículas magnéticas, nanoarrays y otros tipos de muestras magnéticas 3,38,39. Sin embargo, la resolución y la sensibilidad máximas de MFM están limitadas tanto por cosas que escapan al control del usuario (por ejemplo, electrónica de detección de AFM, tecnología de sonda MFM, física subyacente, etc.) como por la elección de los parámetros de imagen y el entorno. Mientras tanto, los tamaños de las características en los dispositivos magnéticos continúan disminuyendo40,41, creando dominios magnéticos más pequeños, lo que hace que las imágenes MFM sean cada vez más desafiantes. Además, los dipolos magnéticos de interés no siempre están orientados fuera del plano, paralelos al vector de magnetización de la sonda. Las imágenes de alta resolución de los campos perdidos que emanan de los extremos de los dipolos orientados en el plano o casi en el plano, como es el caso en las estructuras ASI que se muestran aquí, requieren una mayor sensibilidad. Por lo tanto, la obtención de imágenes MFM de alta resolución, especialmente de muestras magnetizadas en el plano compuestas de dominios magnéticos a nanoescala, depende de la elección adecuada de la sonda MFM (por ejemplo, espesor, coercitividad y momento del recubrimiento magnético, que a veces puede estar en desacuerdo con la mejora de la sensibilidad o la resolución lateral18 o la preservación de la alineación magnética de la muestra30 ), parámetros de imagen (por ejemplo, altura de elevación y amplitud de oscilación, como se mencionó anteriormente, así como minimizar el desgaste del recubrimiento de la punta durante la obtención de imágenes de la línea de topografía) y calidad de la muestra (por ejemplo, rugosidad y contaminación de la superficie, incluidos los residuos de pulido o el agua superficial debido a la humedad ambiental). En particular, la presencia de agua adsorbida en la superficie de la muestra debido a la humedad ambiental puede introducir fuertes fuerzas de van der Waals de la muestra de punta que pueden interferir significativamente con la medición de las fuerzas magnéticas y limitar la altura de elevación mínima alcanzable para las mediciones de MFM. La operación MFM dentro de una guantera de atmósfera inerte elimina casi todos los contaminantes de la superficie, lo que permite alturas de elevación más bajas y una resolución más alta junto con una mayor sensibilidad. En consecuencia, en los ejemplos de muestra que se muestran aquí, se ha empleado un sistema AFM alojado en una guantera de atmósfera inerte personalizada llena de argón (Ar) que contiene <0.1 ppm de oxígeno (O2) y agua (H2O) para permitir alturas de elevación extremadamente bajas (hasta 10 nm). Esto posteriormente permite obtener imágenes MFM de exquisita resolución de alta resolución capaces de resolver dominios magnéticos alternos de <200 nm de ancho dentro de un gemelo cristalográfico más grande y dipolos magnéticos (imanes de barra a nanoescala) de <100 nm de ancho y ~ 250 nm de largo.
En este artículo se explica cómo adquirir imágenes MFM de alta resolución y alta sensibilidad combinando el uso de una guantera de atmósfera inerte con una cuidadosa preparación de muestras y una elección óptima de los parámetros de imagen. Los métodos descritos son especialmente valiosos para obtener imágenes de dipolos orientados en el plano, que tradicionalmente son difíciles de observar y, por lo tanto, se presentan imágenes MFM ejemplares de alta resolución de cristales MSMA de Ni-Mn-Ga que exhiben distintos dominios magnéticos a nanoescala dentro de gemelos cristalográficos y a través de límites gemelos, así como matrices ASI nanomagnéticas fabricadas con una orientación dipolar magnética en el plano. Los investigadores en una amplia variedad de campos que deseen imágenes MFM de alta resolución pueden beneficiarse significativamente del empleo del protocolo descrito aquí, así como de la discusión de posibles desafíos, como los artefactos 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

La microscopía de fuerza magnética (MFM) permite mapear campos magnéticos locales a través de una superficie de muestra con resolución a nanoescala. Para realizar MFM, una sonda de microscopía de fuerza atómica (AFM) cuya punta ha sido magnetizada verticalmente (es decir, perpendicular al voladizo de la sonda) se oscila a una altura fija sobre la superficie de la muestra. Los cambios resultantes en la fase o frecuencia de oscilación, que son proporcionales a la magnitud y el signo del gradiente de fuerza magnética vertical en cada ubicación de píxel, se rastrean y mapean. Aunque la resolución espacial y la sensibilidad de la técnica aumentan con la disminución de la altura de elevación sobre la superficie, este camino aparentemente sencillo hacia imágenes MFM mejoradas se complica por consideraciones como minimizar los artefactos topográficos debido a las fuerzas de van der Waals de menor alcance, aumentar la amplitud de oscilación para mejorar aún más la sensibilidad y la presencia de contaminantes superficiales (en particular agua debido a la humedad en condiciones ambientales). Además, debido a la orientación del momento dipolar magnético de la sonda, MFM es intrínsecamente más sensible a las muestras con un vector de magnetización fuera del plano. Aquí, se informan imágenes topográficas y de fase magnética de alta resolución de matrices de hielo artificial (ASI) de nanoimanes simples y bicomponentes obtenidas en una guantera de atmósfera inerte (argón) con <0.1 ppm O2 yH2O. Se discute la optimización de la altura de elevación y la amplitud de la unidad para una alta resolución y sensibilidad, evitando al mismo tiempo la introducción de artefactos topográficos, y se muestra la detección de los campos magnéticos parásitos que emanan de cada extremo de los imanes de barra a nanoescala (~ 250 nm de largo y <100 nm de ancho) alineados en el plano de la superficie de muestra ASI. Del mismo modo, utilizando el ejemplo de una aleación con memoria de forma magnética Ni-Mn-Ga (MSMA), MFM se demuestra en una atmósfera inerte con sensibilidad de fase magnética capaz de resolver una serie de dominios magnéticos adyacentes cada uno ~ 200 nm de ancho.

Redes artificiales de espín (ASI) Los hielos artificiales de espín son redes bidimensionales litográficamente definidas de nanoimanes que interactúan. Exhiben frustración por diseño (es decir, la existencia de muchos mínimos locales en el panorama energético)21,42,43. Las imágenes MFM de alta resolución para dilucidar las configuraciones magnéticas y las interacciones entre los componentes de la ma...

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

La microscopía de fuerza magnética (MFM) emplea una sonda de microscopía de fuerza atómica magnetizada verticalmente para medir la topografía de la muestra y la intensidad del campo magnético local con resolución a nanoescala. La optimización de la resolución espacial y la sensibilidad de las máquinas digitales multifuncionales requiere equilibrar la disminución de la altura de elevación con el aumento de la amplitud de la unidad (oscilación), y se beneficia de operar en una guantera de atmósfera inerte.

Optimización de la resolución y sensibilidad de la microscopía de fuerza magnética para visualizar dominios magnéticos a nanoescala

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

La microscopía de fuerza magnética, o MFM, emplea una sonda de microscopía de fuerza atómica magnetizada verticalmente para medir la topografía de la muestra y la intensidad del campo magnético local con resolución a nanoescala. Al equilibrar la disminución de la altura de elevación con el aumento de la amplitud de la unidad o la oscilación, se pueden optimizar la resolución espacial y la sensibilidad de las máquinas digitales multifuncionales. Las aplicaciones de computación de ondas de espín artificiales se basan en el conocimiento de las texturas de magnetización de nanoelementos a medida que determinan la respuesta magnónica.La MFM de alta resolución permite la identificación de estados de magnetización global helados. Demostrando el procedimiento estará Olivia Maryon, una estudiante de doctorado actual en ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Boise, una ex investigadora de AFM de pregrado para mi laboratorio. Para comenzar, abra el software de control AFM y seleccione el espacio de trabajo MFM en la categoría y el grupo de experimentos Modos de elevación magnética eléctrica.Monte una sonda AFM con un recubrimiento magnético en un soporte de sonda apropiado colocando cuidadosamente el soporte de la sonda en un bloque de montaje, luego cargando la sonda en el soporte de la sonda, alineando la sonda y asegurándola en su lugar con un clip accionado por resorte. Asegúrese de que la sonda esté paralela a todos los bordes y no toque la parte posterior del canal del soporte inspeccionándola bajo un microscopio óptico. Manipule suavemente la sonda según sea necesario con un par de pinzas.Magnetice la sonda verticalmente usando un imán fuerte y permanente durante 2 a 5 segundos para que la orientación dipolar magnética de la punta de la sonda sea perpendicular a la muestra. Retire con cuidado el cabezal AFM mientras tiene cuidado de descargar cualquier acumulación electrostática tocando el recinto AFM. Instale la sonda y el soporte de la sonda alineando los orificios del soporte de la sonda con los pasadores de contacto en la cabeza.Vuelva a instalar el cabezal en el AFM y asegúrelo en su lugar. Alinee el láser en el centro del voladizo de la sonda MFM y en el detector sensible a la posición. Para una sensibilidad óptima, alinee el láser en la parte posterior del voladizo con la ubicación correspondiente al retroceso de la punta desde el extremo distal del voladizo.Maximice la señal de suma en el PSD mientras minimiza las deflexiones izquierda-derecha y arriba-abajo para centrar el rayo láser reflejado en el detector. Coloque la muestra sobre el puerto de vacío del mandril AFM. Evite utilizar un portamuestras magnético, ya que esto podría afectar a la muestra y/o interferir con la medición de la máquina multifuncional.Encienda la aspiradora del mandril para asegurar la muestra a la etapa AFM. Vuelva al software de control AFM, vaya a Configuración y seleccione el tipo de sonda elegido. Enfoque el voladizo y alinee el punto de mira dentro de la vista del microscopio óptico para colocarlo sobre la parte posterior del voladizo de la sonda MFM donde se encuentra la punta utilizando el retroceso de la punta conocido basado en la sonda seleccionada.Abra la ventana Navegar y coloque la etapa y la muestra de AFM de modo que la región de interés esté directamente debajo de la punta de AFM. Baje el cabezal AFM hasta que la superficie de la muestra se enfoque en la vista óptica. Vuelva a Configuración, seleccione Ajuste manual y realice una melodía en voladizo eligiendo las frecuencias de inicio y finalización que barrerán la frecuencia de conducción piezoeléctrica en una región elegida para abarcar la frecuencia de resonancia esperada de la sonda seleccionada.Elija un desplazamiento de frecuencia de la unidad y una amplitud de destino. A continuación, ajuste el voladizo y establezca el punto de ajuste de amplitud deseado. Participe en la superficie de la muestra y establezca el tamaño de escaneo deseado según la muestra y las características de interés.Aumente el punto de ajuste de amplitud en incrementos de uno a dos nanómetros hasta que la punta simplemente pierda contacto con la superficie de la muestra como se ve por las líneas de traza y retroceso que no se rastrean entre sí en el canal del sensor de altura. Luego disminuya el punto de ajuste de amplitud de dos a cuatro nanómetros para que la punta esté justo en contacto con la superficie de la muestra. Optimice las ganancias proporcionales e integrales ajustándolas para que sean lo suficientemente altas como para forzar al sistema de retroalimentación a rastrear la topografía de la superficie de la muestra y minimizar el ruido.Una vez que se hayan optimizado los parámetros de imagen de la topografía AFM, retírese una corta distancia de la superficie y vuelva al menú de ajuste de la sonda. Realice una segunda sintonía en voladizo que se utilizará para adquirir la línea MFM de modo de elevación intercalada, asegurándose de desvincular los resultados de esta afinación de los parámetros de la línea principal anterior. En la sintonía del modo de elevación intercalada, establezca el desplazamiento del pico en 0%Elija las frecuencias de inicio y fin que barrerán la frecuencia seca a través de una región que abarca la frecuencia de resonancia de la sonda.Ajuste la amplitud del objetivo del modo de elevación intercalado para que sea ligeramente inferior a la amplitud del objetivo de la línea principal. Esto permitirá obtener imágenes de MFM de alta sensibilidad sin golpear la superficie cuando se utilizan alturas de elevación bajas para una resolución lateral óptima. Deje que la ventana de sintonización en voladizo vuelva a acoplarse en la superficie.Para optimizar los parámetros de imagen, establezca la altura inicial del escaneo de elevación en 25 nanómetros, luego disminuya gradualmente en los incrementos de dos a cinco nanómetros. Una vez que la sonda comience a golpear la superficie, aumente inmediatamente la altura de escaneo para preservar la punta de la sonda y evitar la introducción de artefactos topográficos. Aumente la amplitud de la unidad en pequeños incrementos correspondientes a dos a cinco nanómetros de amplitud de oscilación hasta que la amplitud de la unidad intercalada exceda la amplitud de la unidad principal o la sonda comience a entrar en contacto con la superficie.A continuación, disminuya ligeramente la amplitud de la unidad para que no se vean picos en el canal de fase MFM. Continúe optimizando iterativamente la altura de escaneo de elevación y la amplitud de la unidad ajustando en incrementos progresivamente más pequeños hasta que se obtenga una imagen MFM de alta resolución libre de artefactos topográficos. La microscopía de fuerza magnética se utiliza para obtener imágenes de los límites gemelos y rastrear su movimiento en respuesta a un campo magnético o fuerza aplicada.Las imágenes de fase magnética de la muestra pulida de níquel-manganeso-galio de un solo cristal muestran la característica orientación magnética de la escalera a través de los límites gemelos. La imagen de fase magnética superpuesta como una piel coloreada en la parte superior de la topografía 3D de la muestra muestra la dirección larga de los dominios magnéticos que cambian en las características topográficas. La optimización de la resolución espacial y la sensibilidad de las máquinas digitales multifuncionales se beneficia de operar en una guantera atmosférica inerte y requiere equilibrar la disminución de la altura de elevación con el aumento de la amplitud de la unidad u oscilación.La MFM de alta resolución y alta sensibilidad es crucial para estudiar las configuraciones de magnetización subyacentes en los estados de hielo de espín artificial y también podría avanzar en el campo de rápido desarrollo de la computación por ondas de espín.

Research

JoVE Journal

Engineering

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