CN101320083B - 磁畴观测装置 - Google Patents

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Abstract

一种磁畴观测装置，其构成是：在电控位移台上固定有供置放待测样品的四维样品调整架，在该四维样品调整架的正前设有xy向扫描器，在该xy向扫描器中间的方形通孔内壁上设有沿z轴运动的z向扫描器，在该z向扫描器的后端固定磁头夹具，该磁头夹具的后端固定装有巨磁阻磁头的磁头悬架组件，在该巨磁阻磁头的一侧是光学显微镜、CCD摄像头和监视器，所述的CCD摄像头的输出端接所述的监视器的输入端，在所述的巨磁阻磁头的另一侧设有离子风机，所述的巨磁阻磁头的读出信号端与数字源表相连，该数字源表的信号输出端与计算机相连。本发明具有造价较低、不易损坏，不受待测样品的尺寸限制，通用性强的特点。

Description

磁畴观测装置
技术领域
本发明涉及磁畴，特别是一种磁畴观测装置。
背景技术
纳米磁性材料是一种重要的纳米材料。除了具有纳米材料的介观特性外，还具有其特殊的磁性能，如量子尺寸效应、超顺磁性，交换耦合特性，磁各向异性以及磁致伸缩效应等。这些性质使其在现代科学技术中具有重要而广泛的应用，从而使纳米磁性材料成为国际科技研究的热点领域之一。磁畴结构及其运动规律直接决定了磁性材料的物理性质和应用方向，因此纳米尺度的磁畴检测是进行纳米磁性材料研究的前提条件。
目前观测磁性材料上的磁畴主要是通过磁力显微镜来实现的。磁力显微镜中镀有磁性薄膜的探针会与被测样品所产生的磁场发生相互作用，这使得磁力显微镜的微探针悬臂的弯曲程度和共振频率发生变化，通过分析探针振动位相或频率的改变可得出被测样品上的磁畴结构及分布等信息。这种方法对被测样品的制备质量要求较低且允许施加的磁场范围较大，但也存在如下不足之处：
1)磁力显微镜的价格昂贵，在100万元以上；
2)对被测样品的尺寸有要求，直径在15cm以下；
3)磁力显微镜所用针尖较昂贵(一般为1000元以上)并易损坏；且当被测样品与针尖所用材料的磁性不匹配时(针尖和样品各自的漏磁场和各向异性场需满足一定条件)，针尖和样品之间会形成磁化干扰，得到的磁畴结构分布图将由表征正常畴结构的杂散场衬度和干扰形成的磁化衬度叠加而成。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种磁畴观测装置，该装置应具有造价较低、不易损坏，不受待测样品的尺寸限制，通用性强的特点。
本发明的基本构思：
本发明是基于巨磁阻磁头的电阻值随外界磁场的变化而变化的原理进行磁畴的观测的。给巨磁阻磁头加上一个恒定的电流后，当外界的磁场发生变化时，巨磁阻磁头本身的电阻值会改变，因而此巨磁阻磁头的读出信号端的电压信号也会发生相应变化。利用伪彩色法并通过计算机中的软件将巨磁阻磁头扫描待测样品表面时所获得的一系列电压数据进行画图，即可得出被测样品上磁畴结构及其分布情况。
本发明的技术解决方案如下：
一种磁畴观测装置，其构成的特点是：在电控位移台上固定有一供置放待测样品的四维样品调整架，在该四维样品调整架的正前设有xy向扫描器，在该xy向扫描器中间的方形通孔内壁上设有沿z轴运动的z向扫描器，在该z向扫描器的后端固定磁头夹具，该磁头夹具的后端固定装有巨磁阻磁头的磁头悬架组件，在该巨磁阻磁头的一侧是光学显微镜、CCD摄像头和监视器，所述的光学显微镜和CCD摄像头组合在一起后和所述的磁头悬架组件中的滑块同光轴并构成成像关系，所述的光轴与z轴垂直，所述的CCD摄像头的输出端接所述的监视器的输入端，在所述的巨磁阻磁头的另一侧与所述的光学显微镜相对设有离子风机，所述的巨磁阻磁头的读出信号端通过所述的磁头夹具与数字源表相连，该数字源表一方面向所述的巨磁阻磁头提供一个恒定的电流，同时采集所述的巨磁阻磁头读出信号端的电压信号，该数字源表的信号输出端与计算机相连。
所述的磁头夹具是由防静电材料制成的。
将固定待测样品的四维样品架固定在电控位移台上，由电控位移台带动四维样品架在z向上移动，由电控位移台和四维样品架作为待测样品的粗定位装置；
磁头悬架组件固定在磁头夹具上，由z向扫描器和xy向扫描器带动巨磁阻磁头在z向上向待测样品做细逼近，并对待测样品表面在xy向上进行扫描；
利用光学显微镜、CCD摄像头和监视器实时观测巨磁阻磁头和待测样品之间的接触情况；
用离子风机对巨磁阻磁头吹风消除静电对巨磁阻磁头的影响；
所述的计算机具有绘图软件，利用伪彩色法并通过计算机中的绘图软件将巨磁阻磁头扫描待测样品表面所获得的一系列电压数据进行画图，得出被测样品上磁畴结构及其分布情况。
本发明相对于在先技术有以下优点：
1、造价比较低，在50万元以下；
2、装有巨磁阻磁头的磁头悬架组件是商用的，较便宜(一般两美元左右)；利用离子风机解决了巨磁阻磁头易受静电损坏的问题后，一般不会受其它问题的影响而导致损坏；不存在与磁性材料之间的匹配问题；
3、对被测样品的尺寸没有限制；
4、为配合微米水平待扫描区域的选择，设置了四维样品架，作为样品的粗定位装置。
总之，本发明装置具有造价较低、不易损坏，不受待测样品的尺寸限制，通用性强。
附图说明
图1为本发明磁畴观测装置实施例的结构示意图
图2为图1中磁头悬架组件9的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
先请参阅图1，图1为本发明磁畴观测装置实施例的结构示意图。由图可见，本发明磁畴观测装置的构成为：在电控位移台3上固定有一供置放待测样品1的四维样品调整架2，在该四维样品调整架2的正前设有xy向扫描器8，在该xy向扫描器8中间的方形通孔内壁上设有沿z轴运动的z向扫描器7，在该z向扫描器7的后端固定磁头夹具10，该磁头夹具10的后端固定装有巨磁阻磁头901的磁头悬架组件9，在该巨磁阻磁头901的一侧是光学显微镜6、CCD摄像头5和监视器4，所述的光学显微镜6和CCD摄像头5组合在一起后和所述的磁头悬架组件9中的滑块902同光轴并构成成像关系，所述的光轴与z轴垂直，所述的CCD摄像头5的输出端接所述的监视器4的输入端，在所述的巨磁阻磁头901的另一侧与所述的光学显微镜6相对设有离子风机11，所述的巨磁阻磁头901的读出信号端903通过所述的磁头夹具10与数字源表12相连，该数字源表12一方面向所述的巨磁阻磁头901提供一个恒定的电流，同时采集所述的巨磁阻磁头901读出信号端903的电压信号，该数字源表12的信号输出端与计算机13相连。
本实施例中，电控位移台3采用PI公司的M-405.DG型的线性位移平台，它的单向可重复精度为200纳米；四维样品调整架2固定在电控位移台3上，作为样品的粗定位装置，可调节待测样品1的倾斜、仰角及其在xy方向上的运动；待测样品1固定在四维样品调整架2上；xy向扫描器8采用PI公司的P-734.2C1型线性pzt平台执行器，扫描范围0.1mm*0.1mm，中间有5cm*5cm通孔，无负载共振频率500Hz；z向扫描器7采用PI公司的P-753.11C型器件，伸缩长度为0.012mm，固定在xy向扫描器8的方形通孔内壁上；巨磁阻磁头的夹具10固定在z向扫描器7上；装有巨磁阻磁头901的磁头悬架组件9固定在磁头夹具10上；CCD摄像头5和光学显微镜6组合在一起，CCD摄像头5的输出信号供给监视器4，这三个器件固定在巨磁阻磁头901的侧面，垂直于z向；磁头悬架组件9中的滑块902到光学显微镜6的镜面的距离等于光学显微镜6的工作距离，磁头悬架组件9中的滑块902和光学显微镜6同轴；离子风机11位于巨磁阻磁头901的另一个侧面，与光学显微镜6的镜面相对立，离子风机11到巨磁阻磁头901的距离为约50厘米；数字源表12采用美国吉时利公司的2601型号数字源表，它通过磁头夹具10与巨磁阻磁头901的读出信号端903相连并通过GPIB卡与计算机13相连。
本发明在工作过程中，运用监视器4、CCD摄像头5和光学显微镜6协助调控巨磁阻磁头901与待测样品1的接触情况；离子风机11和磁头夹具10可以保证巨磁阻磁头901不被静电损坏；数字源表12给巨磁阻磁头901提供一个恒定的大小为1毫安的电流，并采集巨磁阻磁头901的读出信号端903的电压信号，且将此电压信号实时的传递到计算机13中。工作时，先由电控位移台3带动四维样品调整架2向巨磁阻磁头901做粗逼近，z向扫描器带动巨磁阻磁头901向待测样品1做细逼近。当巨磁阻磁头901已经完全的贴到待测样品1的表面上时，xy向扫描器8带动巨磁阻磁头901在xy方向上扫描样品的一块区域，这时计算机13也通过数字源表12实时采集到了巨磁阻磁头901在扫描待测样品1表面时的一系列与坐标位置相对应电压信号数据，利用伪彩色法通过计算机中的软件将这些电压数据进行画图即可得到样品1的磁畴结构及其分布情况，这种数据处理软件为通用软件，恕我不在此赘述。

Claims (2)

1. 一种磁畴观测装置，特征在于其构成为：在电控位移台(3)上固定有一供置放待测样品(1)的四维样品调整架(2)，在该四维样品调整架(2)的正前设有xy向扫描器(8)，在该xy向扫描器(8)中间的方形通孔内壁上设有沿z轴运动的z向扫描器(7)，在该z向扫描器(7)的后端固定磁头夹具(10)，该磁头夹具(10)后端固定装有巨磁阻磁头(901)的磁头悬架组件(9)，在该巨磁阻磁头(901)的一侧是光学显微镜(6)、CCD摄像头(5)和监视器(4)，所述的光学显微镜(6)和CCD摄像头(5)组合在一起后和所述的磁头悬架组件(9)中的滑块(902)同光轴并构成成像关系，所述的光轴与z轴垂直，所述的CCD摄像头(5)的输出端接所述的监视器(4)的输入端，在所述的巨磁阻磁头(901)的另一侧与所述的光学显微镜(6)相对设有离子风机(11)，所述的巨磁阻磁头(901)的读出信号端(903)通过所述的磁头夹具(10)与数字源表(12)相连，该数字源表(12)一方面向所述的巨磁阻磁头(901)提供一个恒定的电流，同时采集所述的巨磁阻磁头(901)读出信号端(903)的电压信号，该数字源表(12)的信号输出端与计算机(13)相连。
2. 根据权利要求1所述的磁畴观测装置，其特征在于所述的磁头夹具(10)是由防静电材料制成的。
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