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 utfördes i Boise State University Surface Science Laboratory (SSL). Handskfacket AFM-systemet som användes i detta arbete köptes under National Science Foundation Major Research Instrumentation (NSF MRI) Grant Number 1727026, som också gav delvis stöd för PHD, ACP och OOM. Delvis stöd för OOM tillhandahölls vidare av NSF CAREER Grant Number 1945650. Forskning vid University of Delaware, inklusive tillverkning och elektronmikroskopi karakterisering av konstgjorda spin-isstrukturer, stöddes av US Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Materials Sciences and Engineering under Award DE-SC0020308. Författarna tackar Drs. Medha Veligatla och Peter Müllner för hjälpsamma diskussioner och förberedelser av Ni-Mn-Ga-proverna som visas här, liksom Dr. Corey Efaw och Lance Patten för deras bidrag till MFM-standardproceduren inklusive i tilläggsfilen 1.

OBS: Förutom protokollet nedan ingår en detaljerad steg-för-steg MFM-standardprocedur (SOP) som är specifik för instrumentet som används här och är inriktad på allmän MFM-avbildning som tilläggsfil 1. För att komplettera videodelen av detta manuskript innehåller SOP bilder av sondhållaren, spetsmagnetiserare och magnetiseringsprocedur, programvaruinställningar etc.
1. Förberedelse och installation av MFM-sond
<ol><li>Öppna AFM-kontrollprogra...

Högupplöst MFM-avbildning kräver att en motsvarande högupplöst, högkvalitativ topografisökning först förvärvas för varje linje. Denna topografiskanning erhålls vanligtvis genom intermittent kontakt eller tappningsläge AFM, som använder ett amplitudmoduleringsåterkopplingssystem för att bildprovstopografi47. Topografiskanningens trohet kan optimeras genom att justera amplitudbörvärdet för cantilever och återkopplingsvinster enligt beskrivningen i protokollet. Amplitudbörvärdet...

Magnetisk kraftmikroskopi (MFM), ett svepprobmikroskopiderivat (SPM) av atomkraftsmikroskopi (AFM), möjliggör avbildning av de relativt svaga men långväga magnetiska krafterna som upplevs av en magnetiserad sondspets när den färdas över en provyta 1,2,3,4,5. AFM är en icke-destruktiv karakteriseringsteknik som använder en spets på nanometerskala i slutet av en smidig cantilever för att kartlägga yttopografi6 samt mäta material (t.ex. mekaniska, elektriska och magnetiska) egenskaper 7,8,9 med upplösning i nanoskala. Avböjning av cantilever på grund av spets-provinteraktioner av intresse mäts via reflektion av en laser från baksidan av cantilever och till en positionskänslig fotodiod10. Högupplöst avbildning av ett materials lokala magnetiska egenskaper via MFM ger den unika möjligheten att karakterisera magnetfältets styrka och orientering i nya material, strukturer och enheter på nanoskalan 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . För att utföra MFM svängs en AFM-sond vars spets har magnetiserats vertikalt (dvs. vinkelrätt mot sondutskjutaren och provytan) mekaniskt vid sin naturliga resonansfrekvens vid en fast höjd över provytan. Resulterande förändringar i oscillationsamplitud (mindre känslig och därmed mindre vanlig), frekvens eller fas (beskrivs här) övervakas sedan för att mäta magnetfältstyrkan kvalitativt. Mer specifikt producerar frekvensmodulering MFM en karta över förskjutningar i svängningsfrekvensen eller fasen, proportionell mot storleken och tecknet på den magnetiska kraftgradienten som sonden upplever. För att upprätthålla en konstant höjd över provet under MFM-mätningar används vanligtvis ett dubbelpassläge. Provtopografin kartläggs först via standard AFM-tekniker, följt av interfolierad MFM-avbildning av varje sekventiell skanningslinje vid en användarbestämd lyfthöjd (tiotals till hundratals nm) från provytan. Genom att använda ett sådant interfolierat dubbelpass-förvärvsläge möjliggörs separation av de kortdistansspetsprov van der Waals-interaktioner som används för att kartlägga topografin från de relativt längre magnetiska krafterna som upplevs under det interfolierade lyftlägespasset. MFM-rumsupplösningen ökar dock med minskande lyfthöjd18, så det finns en inneboende spänning mellan att öka MFM-upplösningen och undvika topografiska artefakter på grund av van der Waals-krafter. På samma sätt är MFM-känsligheten proportionell mot oscillationsamplituden under lyftlägespasset, men den maximalt tillåtna oscillationsamplituden begränsas av lyfthöjden och snabba förändringar i provtopografin (dvs. funktioner med högt bildförhållande).
Nya studier har belyst de många möjligheter som är förknippade med tillämpningen av nanomagnetism och nanomagnonik, utvecklade via artificiella spin-ice (ASI) strukturer och magnoniska kristaller, som fungerande enheter för logik, beräkning, kryptering och datalagring 19,20,21,22 . Sammansatt av nanomagneter arrangerade i distinkta utökade gitterformationer, uppvisar konstgjorda spinnisar framväxande magnetiska dipoler eller monopol som kan styras via en yttre stimulans 19,20,23,24,25. I allmänhet föredrar ASI en momentkonfiguration som minimerar energin (t.ex. i en tvådimensionell (2D) kvadratisk ASI, två ögonblick pekar in och två pekar ut ur varje hörn), med lågenergimikrostaterna som följer regler som är analoga med kristallina spinnismaterial21,26,27,28 . På samma sätt visade en nyligen genomförd MFM-aktiverad studie ett tredimensionellt (3D) ASI-gittersystem konstruerat av sällsynta jordartsspinn belägna på hörndelande tetraeder, där två snurr pekar mot tetraederens centrum och två snurr pekar ut, vilket resulterar i två lika och motsatta magnetiska dipoler och därmed en netto noll magnetisk laddning vid tetraedercentren23 . Beroende på inriktningen av ett applicerat magnetfält i förhållande till provytan observerades signifikanta skillnader i magnetisk ordning och korrelationslängd. Anpassningen och kontrollen av ASI-dipoler motiverar därför ytterligare undersökning. Metoder för att mäta ASI-magnetfältfördelningar har inkluderat användning av en magneto-optisk brusspektrometer29 eller röntgenmagnetisk cirkulär dikroism fotoemissionselektronmikroskopi (XMCD-PEEM)25; För att uppnå rumsliga upplösningar som är lika med eller större än MFM med XMCD-PEEM krävs dock extremt korta våglängder (dvs. röntgenstrålar med hög energi). MFM erbjuder en mycket enklare karakteriseringsteknik som inte kräver exponering av prover för potentiellt skadliga röntgenstrålar med hög energi. Dessutom har MFM använts för att inte bara karakterisera ASI-mikrotillstånd21,23,27, utan också för topologisk defektdriven magnetisk skrivning med hjälp av högmagnetiska momenttips30. Följaktligen kan MFM spela en viktig roll för att främja ASI-forskning och utveckling, särskilt genom dess förmåga att korrelera provtopografi med magnetfältstyrka och orientering och därigenom avslöja de magnetiska dipolerna associerade med specifika topografiska egenskaper (dvs. ASI-gitterelement).
Högupplöst MFM ger också betydande inblick i förhållandet mellan strukturen hos ferromagnetiska formminneslegeringar och deras magnetomekaniska egenskaper i nanoskala 14,17,31,32,33. Ferromagnetiska formminneslegeringar, vanligtvis kallade magnetiska formminneslegeringar (MSMA), uppvisar stora (upp till 12%) magnetfältinducerade stammar, som bärs genom dubbla gränsrörelser 29,33,34,35. MFM-tekniker har använts för att undersöka de komplexa sambanden mellan vänortssamarbete under deformation och martensitisk transformation, indragning, mikropelardeformation och magnetiska svar i nanoskala hos MSMA15,16,17,36. Av särskild anmärkning har MFM kombinerats med nanoindentation för att skapa och läsa ett magnetomekaniskt minne i nanoskala17. På samma sätt bedrivs nästa generations magnetiska inspelningsteknik via värmeassisterad magnetisk inspelning (HAMR), vilket uppnår linjära densiteter på 1975 kBPI och spårtätheter på 510 kTPI37. Den ökade arealuttätheten som krävs för att möjliggöra större, mer kompakt datalagring har resulterat i en betydande minskning av den definierade spårnivån för HAMR-teknik, vilket accentuerar behovet av högupplöst MFM-avbildning.
Förutom ASI och MSMA har MFM framgångsrikt använts för att karakterisera olika magnetiska nanopartiklar, nanoarrayer och andra typer av magnetiska prover 3,38,39. Den ultimata MFM-upplösningen och känsligheten begränsas dock både av saker utanför användarens kontroll (t.ex. AFM-detekteringselektronik, MFM-sondteknik, underliggande fysik etc.) och av val av bildparametrar och miljö. Samtidigt fortsätter funktionsstorlekarna i magnetiska enheter att minskamed 40,41, vilket skapar mindre magnetiska domäner, vilket gör MFM-avbildning allt mer utmanande. Dessutom är de magnetiska dipolerna av intresse inte alltid orienterade utanför planet, parallellt med sondens magnetiseringsvektor. Högupplöst avbildning av de ströfält som härrör från ändarna av in-plane eller nästan in-plane orienterade dipoler, som är fallet i ASI-strukturerna som visas här, kräver större känslighet. Att uppnå högupplösta MFM-bilder, särskilt av sådana magnetiserade prover i planet som består av magnetiska domäner i nanoskala, beror således på lämpligt val av MFM-sond (t.ex. tjocklek, tvång och moment för den magnetiska beläggningen, vilket ibland kan strida mot förbättrad känslighet eller lateral upplösning18 eller bevarande av provets magnetiska inriktning30 ), avbildningsparametrar (t.ex. lyfthöjd och svängningsamplitud, som nämnts ovan, samt minimering av tippbeläggningsslitage under avbildning av topografilinjer) och provkvalitet (t.ex. ytjämnhet och förorening, inklusive polering av skräp eller ytvatten på grund av omgivande fuktighet). I synnerhet kan närvaron av vatten som adsorberas på provytan på grund av omgivande fuktighet införa starka spetsprov van der Waals-krafter som avsevärt kan störa mätningen av magnetiska krafter och begränsa den minsta uppnåeliga lyfthöjden för MFM-mätningar. MFM-drift i en handskfack med inert atmosfär eliminerar nästan alla ytföroreningar, vilket möjliggör lägre lyfthöjder och högre upplösning i kombination med större känslighet. I exempelexemplen som visas här har därför ett AFM-system inrymt i en anpassad handskfack med inert atmosfär fylld med argon (Ar) innehållande <0,1 ppm syre (O2) och vatten (H2O) använts för att möjliggöra extremt låga lyfthöjder (ner till 10 nm). Detta möjliggör därefter utsökt högupplöst MFM-avbildning som kan lösa alternerande magnetiska domäner <200 nm breda inom en större kristallografisk tvilling och magnetiska dipoler (nanoskala barmagneter) <100 nm breda och ~ 250 nm långa.
Den här artikeln förklarar hur man skaffar högupplösta, högkänsliga MFM-bilder genom att kombinera användningen av en handskfack med inert atmosfär med noggrann provberedning och optimalt val av bildparametrar. De beskrivna metoderna är särskilt värdefulla för avbildning av planorienterade dipoler, som traditionellt är svåra att observera, och därför presenteras exemplariska högupplösta MFM-bilder av både Ni-Mn-Ga MSMA-kristaller som uppvisar distinkta magnetiska domäner i nanoskala inom kristallografiska tvillingar och över tvillinggränser, samt nanomagnetiska ASI-arrays tillverkade med en magnetisk dipolorientering i planet. Forskare inom en mängd olika områden som önskar högupplöst MFM-avbildning kan dra stor nytta av att använda protokollet som beskrivs här, liksom diskussionen om potentiella utmaningar som topografiska 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) gör det möjligt att kartlägga lokala magnetfält över en provyta med upplösning i nanoskala. För att utföra MFM svängs en atomkraftsmikroskopi (AFM) sond vars spets har magnetiserats vertikalt (dvs. vinkelrätt mot sondens utskjutande) på en fast höjd över provytan. De resulterande förskjutningarna i svängningsfasen eller frekvensen, som är proportionella mot storleken och tecknet på den vertikala magnetiska kraftgradienten vid varje pixelplats, spåras och kartläggs sedan. Även om teknikens rumsliga upplösning och känslighet ökar med minskande lyfthöjd över ytan, kompliceras denna till synes enkla väg till förbättrade MFM-bilder av överväganden som att minimera topografiska artefakter på grund av van der Waals-krafter med kortare räckvidd, öka oscillationsamplituden för att ytterligare förbättra känsligheten och närvaron av ytföroreningar (särskilt vatten på grund av fuktighet under omgivande förhållanden). Dessutom, på grund av orienteringen av sondens magnetiska dipolmoment, är MFM i sig mer känsligt för prover med en magnetiseringsvektor utanför planet. Här rapporteras högupplösta topografiska och magnetiska fasbilder av en- och bikomponentnanomagnet artificiell spin-ice (ASI) arrays erhållna i en inert (argon) atmosfärhandskbox med <0,1 ppmO2 ochH2O. Optimering av lyfthöjd och drivamplitud för hög upplösning och känslighet samtidigt som man undviker införandet av topografiska artefakter diskuteras, och detektion av de avskyvärda magnetfälten som härrör från vardera änden av nanoskalans barmagneter (~ 250 nm långa och <100 nm breda) inriktade i planet för ASI-provytan visas. På samma sätt, med hjälp av exemplet på en Ni-Mn-Ga magnetisk formminneslegering (MSMA), demonstreras MFM i en inert atmosfär med magnetisk faskänslighet som kan lösa en serie intilliggande magnetiska domäner vardera ~ 200 nm bred.

Konstgjorda spinnisgitter (ASI) Konstgjorda spinnisar är litografiskt definierade tvådimensionella nätverk av interagerande nanomagneter. De uppvisar frustration genom design (dvs. förekomsten av många lokala minima i energilandskapet)21,42,43. Högupplöst MFM-avbildning för att belysa de magnetiska konfigurationerna och interaktionerna mellan matriskomponenterna erbjuder den unika möjligheten att bä...

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) använder en vertikalt magnetiserad atomkraftmikroskopisond för att mäta provtopografi och lokal magnetfältstyrka med upplösning i nanoskala. Optimering av MFM-rumslig upplösning och känslighet kräver balansering av minskande lyfthöjd mot ökande drivamplitud (oscillation) och fördelar med att arbeta i en handskfack med inert atmosfär.

Optimera magnetisk kraftmikroskopiupplösning och känslighet för att visualisera magnetiska domäner 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, använder en vertikalt magnetiserad atomkraftmikroskopisond för att mäta provtopografi och lokal magnetfältstyrka med upplösning i nanoskala. Genom att balansera minskande lyfthöjd mot ökande driv- eller svängningsamplitud kan MFM:s rumsliga upplösning och känslighet optimeras. Spin-wave computing-tillämpningar av artificiella spin ices förlitar sig på kunskap om nanoelementmagnetiseringsstrukturerna när de bestämmer det magnoniska svaret.Högupplöst MFM möjliggör identifiering av isiga globala magnetiseringstillstånd. Demonstrerar proceduren kommer att vara Olivia Maryon, en nuvarande doktorand i materialvetenskap och teknik vid Boise State University, en tidigare grundutbildning AFM-forskare för mitt laboratorium. Börja med att öppna AFM-kontrollprogramvaran och välj MFM-arbetsytan under experimentkategorin och gruppen Elektriska magnetiska lyftlägen.Montera en AFM-sond med magnetisk beläggning på en lämplig sondhållare genom att försiktigt placera sondhållaren på ett monteringsblock, sedan ladda sonden på sondhållaren, rikta in sonden och säkra den på plats med en fjäderbelastad klämma. Se till att sonden är parallell med alla kanter och inte vidrör baksidan av hållarens kanal genom att inspektera den under ett optiskt mikroskop. Manipulera sonden försiktigt efter behov med en pincett.Magnetisera sonden vertikalt med en stark permanentmagnet i 2 till 5 sekunder så att sondspetsens magnetiska dipolorientering kommer att vara vinkelrät mot provet. Ta försiktigt bort AFM-huvudet medan du är noga med att ladda ur eventuell elektrostatisk ansamling genom att röra vid AFM-höljet. Montera sonden och sondhållaren genom att rikta in hålen på sondhållaren med kontaktstiften på huvudet.Sätt tillbaka huvudet på AFM och säkra det på plats. Rikta in lasern mot mitten av MFM-sondutskjutaren och in i den positionskänsliga detektorn. För optimal känslighet, rikta in lasern på baksidan av utskjutaren till den plats som motsvarar spetsbakslaget från den distala änden av cantileveren.Maximera summasignalen på PSD samtidigt som du minimerar vänster-höger och upp-ner-avböjningarna för att centrera den reflekterade laserstrålen på detektorn. Placera provet över AFM-chuckvakuumporten. Undvik att använda en magnetisk provhållare eftersom detta kan påverka provet och/eller störa MFM-mätningen.Slå på chuckvakuumet för att säkra provet till AFM-steget. Gå tillbaka till AFM-kontrollprogramvaran, gå till Setup och välj den valda sondtypen. Sätt utskjutaren i fokus och rikta in hårkorset i den optiska mikroskopvyn som ska placeras över baksidan av MFM-sondutskjutaren där spetsen är placerad med hjälp av det kända spetsbakslaget baserat på den valda sonden.Öppna fönstret Navigera och placera AFM-scenen och provet så att det intressanta området ligger direkt under AFM-tipset. Sänk AFM-huvudet tills provytan kommer i fokus i den optiska vyn. Gå tillbaka till Inställningar, välj Manuell justering och utför en utskjutande melodi genom att välja start- och slutfrekvenser som sveper dither piezo-drivfrekvensen över en region som valts för att sträcka sig över den förväntade resonansfrekvensen för den valda sonden.Välj en enhetsfrekvensförskjutning och målamplitud. Ställ sedan in cantilever och ställ in önskat amplitudbörvärde. Engagera på provytan och ställ in önskad skanningsstorlek beroende på provet och intressanta funktioner.Öka amplitudbörvärdet i steg om en till två nanometer tills spetsen bara tappar kontakten med provytan sett av spår- och retrace-linjerna som inte spårar varandra i höjdsensorkanalen. Sänk sedan amplitudbörvärdet med två till fyra nanometer så att spetsen bara är i kontakt med provytan. Optimera de proportionella och integrerade vinsterna genom att justera dem så att de är tillräckligt höga för att tvinga återkopplingssystemet att spåra provytans topografi samtidigt som bruset minimeras.När AFM-topografiavbildningsparametrarna har optimerats, dra ut ett kort avstånd från ytan och återgå till sondinställningsmenyn. Utför en andra cantilever-melodi som ska användas för att förvärva MFM-linjen för interfolierat lyftläge, se till att ta bort länken till resultaten av den här låten från de tidigare huvudlinjeparametrarna. I det interfolierade lyftläget ställer du in toppförskjutningen på 0 % Välj start- och slutfrekvenser som sveper torrfrekvensen över ett område som spänner över sondens resonansfrekvens.Justera målamplituden för det interfolierade lyftläget så att den blir något mindre än huvudlinjens målamplitud. Detta möjliggör MFM-avbildning med hög känslighet utan att träffa ytan när du använder låga lyfthöjder för optimal sidoupplösning. Låt det utskjutande fönstret återinträda på ytan.För att optimera bildparametrarna, ställ in den ursprungliga Lift Scan-höjden till 25 nanometer och minska sedan gradvis i steg om två till fem nanometer. När sonden börjar bara träffa ytan, öka omedelbart skanningshöjden för att bevara sondspetsen och förhindra införandet av topografiska artefakter. Öka drivamplituden i små steg som motsvarar två till fem nanometer i oscillationsamplitud tills interfolieringsdrivamplituden överstiger huvudlinjens drivamplitud eller sonden börjar komma i kontakt med ytan.Minska sedan drivamplituden något så att inga spikar ses i MFM-faskanalen. Fortsätt iterativt optimera lyftskanningshöjden och drivamplituden genom att justera i gradvis mindre steg tills en högupplöst MFM-bild utan topografiska artefakter erhålls. Magnetisk kraftmikroskopi används för att avbilda tvillinggränser och spåra deras rörelse som svar på ett applicerat magnetfält eller kraft.De magnetiska fasbilderna av det polerade, enkristalliga nickel-mangan-galliumprovet visar den karakteristiska trappstegsmagnetiska orienteringen över tvillinggränserna. Den magnetiska fasbilden överlagrad som en färgad hud ovanpå provets 3D-topografi visar den långa riktningen för de magnetiska domänerna som växlar vid de topografiska egenskaperna. Optimering av MFM-rumslig upplösning och känslighet drar nytta av att arbeta i en inert atmosfärisk handskfack och kräver balansering av minskande lyfthöjd mot ökande driv- eller svängningsamplitud.Högupplöst, högkänslig MFM är avgörande för att studera de underliggande magnetiseringskonfigurationerna i artificiella spinnisstatusar och kan också främja det snabbt utvecklande fältet för 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

Hög ISO-kärnmagnetisk resonans hos Giga-Pascal Påfrestningar: Ett nytt verktyg för Probing Elektronisk och kemiska egenskaper Kondenserade materiens under extrema förhållanden

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

Förberedelse och Friction Force Microscopy Mätningar av blandas, Opposing Polymer Borstar

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

Fasdiagrammet Karakterisering med användning av magnetiska pärlor som flytande bärare

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 Blandning Magnet Detection Scanner för Imaging magnetiska partiklar i Planar Prover

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

Högupplöst Termisk Micro-avbildning med europiumkelat Självlysande 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 amplitudmodulering atomkraftsmikroskopi i Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Tillverkning av magnetiska nanostrukturer på kisel nitriden membran för magnetiska Vortex studier med överföring mikroskopi tekniker

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 slumpmässig deplacement mätning genom att kombinera en magnetisk skala och två fiber Bragg galler

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

Berika och utöka sällsynta Antigen-specifika T-celler med magnetiska nanopartiklar

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

Tillämpning av ett kopplingsombud för att förbättra de dielektriska egenskaperna hos Polymerbaserade 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 ...