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交变力磁力显微镜动态成像技术的研究

物理学报 2014年第17期63卷 382-390页

作者：李正华李翔大连民族学院物理与材料工程学院大连116600 上海理工大学材料科学与工程学院上海200093

近年来磁力显微镜(magnetic force microscopy,MFM)对动态磁场信号的测量与分析由于其特殊的工业要求和重要用途而受到广泛关注,本文旨在利用交变磁力对磁性探针的周期性调制发展一种交变力磁力显微镜技术,为磁信息存储工业等重要领域... 详细信息

近年来磁力显微镜(magnetic force microscopy,MFM)对动态磁场信号的测量与分析由于其特殊的工业要求和重要用途而受到广泛关注,本文旨在利用交变磁力对磁性探针的周期性调制发展一种交变力磁力显微镜技术,为磁信息存储工业等重要领域关键技术的发展提供新型的有力的工具.与目前标准MFM采用的设计思路不同,本文的关键在于合理利用MFM频率调制机理,优化设计MFM磁性探针,并且引入动态信号处理模块,实现对交变磁场信号的MFM成像.为达到这些目的,需要从理论上研究MFM探针的频率调制机理,并由实验上设计出动态信号提取模块,二者相辅结合优化设计出具有动态信号测试和分析能力的交变力磁力显微镜技术,由此来测量和解释纳米尺度磁畴结构.

关键词：磁力显微镜纳米磁畴动态磁性频率调制

交变力磁力显微镜:在三维空间同时观测静态和动态磁畴

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物理学报 2019年第16期68卷 353-358页

作者：曹永泽赵越大连海事大学理学院大连116026 日本秋田大学区域创新中心秋田010-8502

传统磁力显微镜(MFM)的磁畴扫描是利用激光束反射探测探针和样品之间的静磁力.因此,对于MFM,直接探测样品在交流磁场作用下的动态磁力仍然是一个挑战.交变力磁力显微镜(A-MFM)使用Co-GdOx超顺磁探针可以实现在交流磁场(频率 ωm)作用下... 详细信息

传统磁力显微镜(MFM)的磁畴扫描是利用激光束反射探测探针和样品之间的静磁力.因此,对于MFM,直接探测样品在交流磁场作用下的动态磁力仍然是一个挑战.交变力磁力显微镜(A-MFM)使用Co-GdOx超顺磁探针可以实现在交流磁场(频率 ωm)作用下探测动态磁力.采集 ωm和2ωm信号能准确地表示出样品的静态磁场(外加交流磁场对样品磁化状态没有影响)和动态磁场(外加交流磁场改变了样品磁化状态)的区域.通过修改传统的tapping-lift扫描模式为一次tapping多次lift的扫描模式,A-MFM实现了三维空间的磁场探测.本文证明了样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(–kz).A-MFM可以研究材料的动态磁化过程,也可以评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性).

关键词：磁力显微镜磁性材料动态磁力超顺磁探针

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磁力显微镜图像量化分析方法的研究

电子显微学报 2019年第4期38卷 376-383页

作者：陈嘉树海广田范宏裕杨思浩李正华大连民族大学物理与材料工程学院

磁力显微镜(magnetic force microscope,MFM)因测量不破坏样品、样品无需特别制备、以及纳米尺度的分辨率(10~50 nm)等优势,而广泛应用于各种磁性材料中磁畴结构的研究,尤其成为磁记录工业中研究磁介质和磁头的磁畴结构或磁场分布的有... 详细信息

磁力显微镜(magnetic force microscope,MFM)因测量不破坏样品、样品无需特别制备、以及纳米尺度的分辨率(10~50 nm)等优势,而广泛应用于各种磁性材料中磁畴结构的研究,尤其成为磁记录工业中研究磁介质和磁头的磁畴结构或磁场分布的有力工具.但是,标准MFM图像实际上是磁场力的二阶梯度图,而如何定量分析MFM图像、得到样品内部的磁矩分布信息,是近年来MFM研究领域迫切需要解决的问题,也是当前研究的热点.本文通过构筑精确的MFM成像理论发展一种磁力显微镜量化分析方法,为磁信息存储工业等重要领域关键技术的发展提供新型有力的工具.本文的关键在于构建MFM针尖的三维格林函数,通过格林函数方法解卷积MFM图像,获取样品中的有效磁荷结构.其次,建立和实际样品相符的微磁学模型,以有效磁荷驱动磁畴、畴壁的运动,构筑样品内部真实的磁畴结构,由此完成对MFM图像的量化解释.

关键词：磁畴结构去卷积磁力显微镜微磁学

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磁力显微镜在磁性材料领域的应用

材料研究学报 1996年第6期10卷 561-568页

作者：田芳王乃新白春礼中国科学院化学研究所

磁力显微镜（ＭＦＭ）是一种新发展起来的用于研究物质磁性的重要技术．本文简要地介绍了ＭＦＭ的基本工作原理、影响分辨率的主要因素，以及ＭＦＭ在磁记录体系、磁性薄膜和铁磁学基本现象研究方面的应用情况．本文还报道了ＭＦＭ在有... 详细信息

磁力显微镜（ＭＦＭ）是一种新发展起来的用于研究物质磁性的重要技术．本文简要地介绍了ＭＦＭ的基本工作原理、影响分辨率的主要因素，以及ＭＦＭ在磁记录体系、磁性薄膜和铁磁学基本现象研究方面的应用情况．本文还报道了ＭＦＭ在有机铁磁体和生物分子磁性研究方面应用的重要意义及其发展趋势。

关键词：磁力显微镜分辨率磁性材料

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磁力显微镜二维针尖磁性层研究及磁信号表征

磁力显微镜二维针尖磁性层研究及磁信号表征

作者：邓璐璐电子科技大学

学位级别：硕士

作为扫描探针显微镜(SPM)的一员,磁力显微镜(MFM)在表征磁性薄膜的磁学性能起着至关重要的作用。由于针尖磁性层的影响,MFM分辨率很低,考虑到磁性层形状影响的磁晶各项异性以及针尖磁畴磁矩排列取向的问题,所以本论文中所讨论的针尖为... 详细信息

作为扫描探针显微镜(SPM)的一员,磁力显微镜(MFM)在表征磁性薄膜的磁学性能起着至关重要的作用。由于针尖磁性层的影响,MFM分辨率很低,考虑到磁性层形状影响的磁晶各项异性以及针尖磁畴磁矩排列取向的问题,所以本论文中所讨论的针尖为二维椭圆形针尖,选取磁性材料为坡莫合金,这样能够利用Matlab为磁力信号量化提供计算基础,从而寻找出提高分辨率的方法和依据。论文首先在绪论中对二维针尖进行可行性讨论;然后,利用OOMMF对针尖磁性层进行内禀磁学性质的研究,以及用现有的磁力显微镜表征椭圆型的磁性薄膜,选出最适合的针尖磁性层;最后,再选出合适的针尖磁性层与样品进行模拟计算,一方面,用Matlab模拟出磁记录介质与迷宫畴介质的样品磁化状态,另一方面,对磁力信号在不同针尖--样品间距和不同针尖磁性层厚度下,进行模拟计算。基于上述研究方法,论文研究内容如下:首先,利用OOMMF模拟不同形状坡莫合金薄膜的完全磁化时的磁场强度,以及磁化反转时的起始反转磁场和完全反转磁场。当椭圆形坡莫合金薄膜厚度为40 nm,且长径比为6时,具有小的完全磁化时磁场强度、较大的起始反转磁场和完全反转磁场。利用MFM对椭圆坡莫合金薄膜样品的表征,表明合金以面内磁化状态为主。其次,在磁记录介质材料的计算中,对于128Gb/in2在针尖--样品为40 nm,磁性层厚度为80nm模拟将出现“弥散态”,针尖--样品间距增大至60 nm,在不同针尖磁性层厚度下,磁力信号的测定将完全失真。对于32 Gb/in2的磁记录介质,只会在针尖--样品间距为60 nm,针尖磁性层为80 nm处出现“弥散态”。至于其它磁记录介质信号计算,均不会出现弥散态。就迷宫畴介质信号计算而言,除了针尖--样品间距为60 nm,针尖磁性层厚度为80 nm不能正确计算出来,其余在不同介质、不同针尖--样品间距、不同针尖磁性层厚度下,Matlab的计算均能反映磁矩排列。最后,在此记录材料的模拟计算中出现的“弥散态”,通过对信号提取与分析,能定性的表征出磁矩的排列情况。在讨论影响磁力信号的因素中,针对所有的磁性介质材料而言,随着针尖--样品间距的增加,用Matlab计算出的信号存在指数性的衰减。

关键词：磁力显微镜二维针尖磁性层信号表征

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磁力显微镜在钢铁材料磁畴分析中的应用

电子显微学报 2006年第B8期25卷 367-368页

作者：肖新星李健上海宝钢研究院分析测试中心上海201900

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磁力显微镜在纳米磁性薄膜磁畴研究中的应用

磁力显微镜在纳米磁性薄膜磁畴研究中的应用

作者：沈博侃电子科技大学

学位级别：硕士

本论文的工作主要分为两个方面：对磁力显微镜及其检测方法本身的研究和使用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化。磁力显微镜及其检测方法部分主要探讨了磁力显微镜的成像原理，着重研究了针尖状态影响磁畴成像的因素，以及减弱或消除... 详细信息

本论文的工作主要分为两个方面：对磁力显微镜及其检测方法本身的研究和使用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化。磁力显微镜及其检测方法部分主要探讨了磁力显微镜的成像原理，着重研究了针尖状态影响磁畴成像的因素，以及减弱或消除这些影响的方法。应用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化部分主要研究了工艺、外加应力与剩余磁化强度对软磁薄膜磁畴结构的影响。实验结果表明：通过MFM观察不同厚度CoFeB软磁薄膜的磁畴结构，发现垂直各向异性随着薄膜厚度的增大而逐渐增强。在薄膜的表面形貌像上观察到了在溅射过程中薄膜表面形貌随薄膜厚度增大表面颗粒感上升的现象。当薄膜厚度小于20nm时，磁畴尺寸随薄膜厚度的增大而减小;当薄膜厚度大于20nm时，磁畴尺寸随薄膜厚度的增大而增大，厚度在20nm附近时，畴壁尺寸达到一个最小值。观察不同工作气压下制备得到的CoFeSiB薄膜的磁畴结构，发现在工作气压增大的初期薄膜的化学成分受到的影响较小，但是薄膜表面的形貌变化较大，所以随着工作气压增大薄膜表面出现分布均匀的颗粒，薄膜表面磁畴结构受形状各向异性的影响而使垂直各向异性变大;但是在工作气压大于2.5pa后，由于Co与Fe原子缺失导致了薄膜垂直各向异性的减小。观察不同大小的外加张应力与外加压应力对CoFeSiB磁畴结构的影响，发现当外加张应力时，薄膜磁畴结构随外加张应力的增大逐渐由原来的迷宫畴转变为条状畴，并且磁畴壁由杂乱逐渐转变为沿平行张应力方向，并且磁畴尺寸也随张应力增大逐渐变宽。当外加压应力时，薄膜磁畴结构随外加压应力的增大逐渐由迷宫畴变为条状畴，并且磁畴壁逐渐转变为垂直压应力方向，磁畴尺寸也随压应力增大逐渐变宽。观察了剩余磁化强度对CoFeO薄膜磁畴结构的影响，发现剩余磁化强度对薄膜的磁畴结构的影响是由磁畴壁位移磁化过程和磁畴的转动共同作用的结果，正是这两种作用才使薄膜磁畴结构由原来的斑点状磁畴结构转变为网状结构，并且单个斑点畴的尺寸也随剩余磁化强度的增大而增大。而当外加磁场强度达到一定值后，薄膜的磁畴结构并不随着外加磁场的增大而发生变化，这是由于外加磁场虽然还在增大，当把外加磁场撤去后薄膜的剩余磁化强度大小已经达到饱和并不再随外加场增大而增大。

关键词：磁力显微镜磁畴膜厚工作气压应力剩余磁化强度

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磁力显微镜在钢铁材料磁畴分析中的应用

电子显微学报 2006年第S1期 382-383页

作者：肖新星李健上海宝钢研究院分析测试中心上海宝钢研究院分析测试中心上海201900

磁力显微镜对相分离锰氧化物薄膜中反铁磁绝缘相融化的成像（英文）

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Chinese Journal of Chemical Physics 2015年第06期 661-663+781页

作者：周海彪侯玉斌陆轻铀中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室中国科学院强磁场科学中心

用自制磁力显微镜研究了一个受各向异性应变的锰氧化物薄膜中的相分离以及由磁场导致的从反铁磁绝缘相到铁磁金属相的转变.磁力显微镜图片显示,在0T这两种竞争的相就已经共存,且两种相的畴呈非常明显的各向异性的条状分布,这可以定性解... 详细信息

用自制磁力显微镜研究了一个受各向异性应变的锰氧化物薄膜中的相分离以及由磁场导致的从反铁磁绝缘相到铁磁金属相的转变.磁力显微镜图片显示,在0T这两种竞争的相就已经共存,且两种相的畴呈非常明显的各向异性的条状分布,这可以定性解释输运上的各向异性.在2.1 T以上,反铁磁绝缘相逐渐转变为铁磁金属相,并在3.2 T时结束.当去掉磁场时铁磁金属相能够保持.

关键词：锰氧化物相分离相变磁力显微镜