利用多频磁原子力显微镜

本文探讨了多频磁原子力显微镜(MFM-AFM)及其利用率在检测磁场。

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MFM-AFM是什么?

标准的单频AFM由金刚石硅(Si)或氮化硅(如果₃N₄)悬臂长度为几微米和单晶钻石的底部提示其自由端。它是用来测量线性技巧和表面之间的相互作用,如映射的地形表面精确到纳米尺度。

顶端有一个宽几纳米,这可以使用激光束垂直振动落在悬臂的顶部和略高于钻石小费。随后,激光束反射对光电二极管。任何改变在尖端的位置可以衡量的变化路径由光电二极管激光记录。除了laser-photodiode-based扫描系统,系统与压电材料悬臂的基础和生成正弦电压也可以用来测量悬臂梁的挠度。

动态模式多频AFM (MF-AFM)是标准的单频AFM领先一步。可以同时测量地形和其他尖端之间的交互模式和表面如机械、电、磁、光学和化学。外部信号的频率(即激光或正弦电压)变化与悬臂梁的振动调制。

它可以是一个调幅(AM)或调频(FM)。基于振幅或频率调制,各自的变化幅度或频率的值的悬臂共振值的初始值可以用来测量线性和非线性的相互作用。非线性交互部队有一个梯度沿路径的振动提示。

此外,MFM-AFM是专门用于测量局部磁场在衬底表面。局部磁场,也称为旋轨道相互作用,相互作用形成的电子的轨道运动原子的原子核和磁偶极矩的旋转一个未配对电子。

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的尖端MFM-AFM包含一个额外的超薄层铁磁材料如镍(镍)。通常,镍薄膜沉积在硅或Si₃N₄晶片使用蒸发淀积方法之后,将它附加到的顶点提示使用聚焦离子束(FIB)系统。此外,它有助于从其他类似的解耦磁力交互部队等范德瓦耳斯和静电的力量。

MFM-AFM方法

双行程检测到磁场的方法来隔离磁图像的地形。在第一个谐振模式,提示在non-magnetized状态光栅扫描的地形表面的直接身体接触模式。在第二谐振模式,即磁场扫描,提示取消选定高度,和分离技巧和衬底之间是保持不变的。

足够tip-substrate分离可以消除弱的范德华力的影响,因此,远程磁力可以测量具有高信噪比。此外,线圈放置在提示,可以通过正弦电压或电磁化力有偏见的提示和衬底之间。coil-based提示磁化称为磁通门磁力测量。

测量液体介质的粘弹性性质

压电扫描器和正弦voltage-driven MFM-AFM遭受最大高频能力有限。因此,性能要求高的共振频率是很难衡量的。此外,粘弹性性质的测量使用磁力调制惯性影响,水动力,阻尼力在磁通门磁力测定。

因此,这种情况下通常包含校准方法消除畸变的扫频曲线获得实际的谐振频率和质量(Q)因素AFM探针的液体介质。一个更高质量的因素意味着更高的扫描速度、图像分辨率高、灵敏度增强力量,更少的激励信号的要求。

MF-AFM的局限性

一些主要的局限性MF-AFM如下。它可以扫描一个表面在一个单一的模式一次;然而,它可以同时检测多个动态交互。MF-AFM容易受到热漂移表面的样品,和高交互级部队会损坏提示和示例,从而影响测量数据的重现性。这种技术也有一个有限的放大和垂直振荡悬臂的范围。

结论

MFM-AFM调是一种很有前途的磁力显微镜方法用于检测和测量动态非线性磁场和磁磁场诱导特性准确到一个非常小的水平。此外,它可以用于真空、空气和液体介质具有很高的品质因数。

引用和进一步阅读

多频磁通门磁力显微镜。(2008)。https://www.researchgate.net/publication/314209668_MULTI-FREQUENCY_FLUXGATE_MAGNETIC_FORCE_MICROSCOPY

孟x, x, j .歌曲,h·张,m . Chen和h .谢”的量化Microrheology活细胞使用多频磁力调制原子力显微镜,”IEEE仪表和测量,Doi: 10.1109 / TIM.2022.3153994https://ieeexplore.ieee.org/document/9721022/

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