Магнитно-силовая микроскопия

Как становится понятно из названия, метод магнитно-силовой микроскопии позволяет получать изображения распределения магнитных сил (магнитных доменов) по поверхности зонда. Для этой цели используется кантилевер, покрытый ферромагнитным материалом.

Процесс отображения распределения магнитных сил реализуется с помощью двухпроходной методики.

На первом проходе (рисунок 1) определяется рельеф поверхности образца в полуконтактном режиме. Для проведения второго прохода кантилевер отводится на некоторое расстояние dZ (рисунок 2).

Затем зонд начинает движение над поверхностью образца на этом постоянном расстоянии по повторяющей уже измеренный рельеф образца траектории (это реализуется за счет сохранённых параметров ёмкостных датчиков, снятых в процессе первого прохода, по которым и производится второй проход, но с изменённым параметром Z-dZ).

Расстояние dZ должно быть достаточно большим, чтобы исключить влияние рельефа поверхности. В таком случае, на зонд действуют только дальнодействующие силы, среди которых основной вклад вносят магнитные.

Но всё же расстояние dZ не должно быть чрезмерно велико, так как это будет ухудшать измеряемый сигнал, тем самым искажая качество изображения магнитных сил.

Магнитно-силовая микроскопия — Рисунок 1 — Первый проход. Поучение рельефа образца

Второй проход может быть реализован двумя способами:

В первом случае (Режим статической магнитно-силовой микроскопии) регистрируются вертикальные отклонения неколеблющегося кантилевера (то есть сигнал DFL), которые вызваны магнитным взаимодействием зонда с поверхность образца.

Во втором случае (Режим динамической магнитно-силовой микроскопии) проход осуществляется с использование кантилевера, который колеблется на частоте своего механического резонанса. При этом условии прибор регистрирует изменение фазы колебания кантилевера, которое будет характеризовать магнитные силы поверхности образца.

Магнитно-силовая микроскопия используется для исследования свойств магнитных материалов в академических и прикладных исследованиях. Например, для определения характеристик, оценки и разработки магнитных запоминающих устройств и компонентов магнитной записи, таких как жесткие диски и магниторезистивные головки, а также для изображения естественных или специально записанных доменных структур в магнитных материалах.

Рисунок 3* — Перемагничивания в перпендикулярно намагниченных массивах антиточек с внутренними и внешними дефектами

(а) МСМ-изображение массива с диаметром антиточек 182 нм, полученное в нулевом поле после размагничивания на переменном токе. Доменные стенки отмечены синей линией

(б) Моделирование МСМ-изображения для диаметра антиточки 185 нм, соответствующего конфигурации магнитного момента

*Источник: Krupinski M. et al. Magnetic reversal in perpendicularly magnetized antidot arrays with intrinsic and extrinsic defects //Scientific Reports. – 2019. – Т. 9. – №. 1. – С. 13276.