CN103592468A - 铁磁共振磁交换力显微镜测试系统 - Google Patents

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刘俊
马宗敏
薛慧
唐军
石云波
李艳君
薛晨阳
杨玉华
张欢
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Abstract

本发明涉及磁性材料表面信息测量工具，具体是一种铁磁共振磁交换力显微镜测试系统。本发明解决了现有磁性材料表面信息测量工具应用范围受限、测量精确性差、以及无法直接区分表面形貌信息和表面自旋磁信息的问题。铁磁共振磁交换力显微镜测试系统，包括非接触式原子力显微镜系统、微波发生器、载波器、锁相放大器、微波照射机构；所述非接触式原子力显微镜系统包括扫描器、磁性探针、激光器、四象限光电二极管探测器、锁相环、自动增益回路、压电体、反馈回路；其中，微波发生器的信号输入端与载波器的信号输出端连接；载波器的信号输入端与锁相放大器的信号输出端连接。本发明适用于磁性材料表面信息测量。

Description

铁磁共振磁交换力显微镜测试系统
技术领域
本发明涉及磁性材料表面信息测量工具，具体是一种铁磁共振磁交换力显微镜测试系统。
背景技术
目前，针对磁性材料的表面信息（包括表面形貌信息和表面自旋磁信息）进行测量时所用的工具主要包括：自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）、磁力显微镜（MFM）、由非接触式原子力显微镜（NC-AFM）发展而来的磁交换力显微镜（MExFM）。实践表明，上述各种磁性材料表面信息测量工具由于自身结构所限，存在如下问题：其一，自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）基于扫描隧道显微镜（STM）的工作原理，导致其应用范围受限（应用范围仅限于导体和一部分半导体材料）。其二，磁力显微镜（MFM）由于测量分辨率较低（测量分辨率无法达到原子级别），导致其测量精确性较差。其三，传统磁交换力显微镜（MExFM）无法直接区分表面形貌信息和表面自旋磁信息，且由于容易受到外部强磁场的干扰，导致其测量精确性较差。基于此，有必要发明一种新的磁性材料表面信息测量工具，以解决现有磁性材料表面信息测量工具应用范围受限、测量精确性差、以及无法直接区分表面形貌信息和表面自旋磁信息的问题。
发明内容
本发明为了解决现有磁性材料表面信息测量工具应用范围受限、测量精确性差、以及无法直接区分表面形貌信息和表面自旋磁信息的问题，提供了一种铁磁共振磁交换力显微镜测试系统。
本发明是采用如下技术方案实现的：铁磁共振磁交换力显微镜测试系统，包括非接触式原子力显微镜系统、微波发生器、载波器、锁相放大器、微波照射机构；所述非接触式原子力显微镜系统包括扫描器、磁性探针、激光器、四象限光电二极管探测器、锁相环、自动增益回路、压电体、反馈回路；其中，微波发生器的信号输入端与载波器的信号输出端连接；载波器的信号输入端与锁相放大器的信号输出端连接；微波发生器的信号输出端与微波照射机构的信号输入端连接；微波照射机构的出射端与磁性探针的针尖斜对；磁性探针的针尖位于扫描器的台面正上方；激光器的出射端与磁性探针的针尖斜对；四象限光电二极管探测器的入射端与磁性探针的针尖斜对；四象限光电二极管探测器的信号输出端与锁相环的信号输入端连接；锁相环的信号输出端分别与自动增益回路的信号输入端、反馈回路的信号输入端、锁相放大器的信号输入端连接；自动增益回路的信号输出端与压电体的信号输入端连接；压电体与磁性探针的针尾固定；反馈回路的信号输出端与扫描器的信号输入端连接。
工作时，将试料（待测试的磁性材料）固定于扫描器的台面上，压电体驱动磁性探针进行恒幅高频振动，激光器向磁性探针表面发射激光，激光由磁性探针反射至四象限光电二极管探测器。具体工作过程如下：将磁性探针针尖逐渐靠近试料表面，由于磁性探针与试料之间的磁交换作用力作用和原子间短程化学力作用，磁性探针的振动频率发生微小偏移，激光投射到四象限光电二极管探测器的位置随之发生变化。根据激光投射到四象限光电二极管探测器的位置变化，四象限光电二极管探测器检测出磁性探针的振动频率偏移，并将振动频率偏移信号发送至锁相环。当进行试料表面形貌信息的测量时，锁相环根据振动频率偏移信号生成两路控制信号，并将其中一路控制信号通过自动增益回路发送至压电体，使得磁性探针保持恒幅高频振动，同时将另一路控制信号通过反馈回路发送至扫描器，对扫描器进行反馈控制，使得磁性探针与试料的相互作用力梯度保持恒定。此时，振动频率偏移信号通过反馈回路输出，即测得试料的表面形貌信息。当进行试料表面自旋磁信息的测量时，载波器发出参考信号，微波发生器根据参考信号向微波照射机构输出一定频率的微波，微波通过微波照射机构照射在磁性探针表面。此时，改变微波照射的频率，使得磁性探针与试料之间的磁交换作用力随着微波照射频率的变化而发生变化。当微波照射频率与磁性探针的固有共振频率一致时，磁性探针在微波照射的作用下发生铁磁共振效应。此时，锁相环将振动频率偏移信号发送至锁相放大器，锁相放大器提取出振动频率偏移信号中的振幅信息和相位信息，即测得试料的表面自旋磁信息。
基于上述过程，与现有磁性材料表面信息测量工具相比，本发明所述的铁磁共振磁交换力显微镜测试系统，具有如下优点：其一，与自旋极化扫描隧道显微镜（SP-STM）相比，本发明所述的铁磁共振磁交换力显微镜测试系统基于非接触式原子力显微镜原理，因此其应用范围更广。其二，与磁力显微镜（MFM）相比，本发明所述的铁磁共振磁交换力显微镜测试系统的测量分辨率更高，因此其测量精确性更强。其三，与传统磁交换力显微镜（MExFM）相比，本发明所述的铁磁共振磁交换力显微镜测试系统基于铁磁共振原理，能够独立提取表面形貌信息和表面自旋磁信息，且其在测量过程中不需要外部强磁场的作用，避免了受到外部强磁场的干扰，因此其测量精确性更强。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有磁性材料表面信息测量工具应用范围受限、测量精确性差、以及无法直接区分表面形貌信息和表面自旋磁信息的问题，适用于磁性材料表面信息测量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-微波发生器，2-载波器，3-锁相放大器，4-微波照射机构，5-扫描器，6-磁性探针，7-激光器，8-四象限光电二极管探测器，9-锁相环，10-自动增益回路，11-压电体，12-反馈回路，13-表面自旋磁信息输出端口，14-表面形貌信息输出端口，15-参考信号。
具体实施方式
铁磁共振磁交换力显微镜测试系统，包括非接触式原子力显微镜系统、微波发生器1、载波器2、锁相放大器3、微波照射机构4；所述非接触式原子力显微镜系统包括扫描器5、磁性探针6、激光器7、四象限光电二极管探测器8、锁相环9、自动增益回路10、压电体11、反馈回路12；其中，微波发生器1的信号输入端与载波器2的信号输出端连接；载波器2的信号输入端与锁相放大器3的信号输出端连接；微波发生器1的信号输出端与微波照射机构4的信号输入端连接；微波照射机构4的出射端与磁性探针6的针尖斜对；磁性探针6的针尖位于扫描器5的台面正上方；激光器7的出射端与磁性探针6的针尖斜对；四象限光电二极管探测器8的入射端与磁性探针6的针尖斜对；四象限光电二极管探测器8的信号输出端与锁相环9的信号输入端连接；锁相环9的信号输出端分别与自动增益回路10的信号输入端、反馈回路12的信号输入端、锁相放大器3的信号输入端连接；自动增益回路10的信号输出端与压电体11的信号输入端连接；压电体11与磁性探针6的针尾固定；反馈回路12的信号输出端与扫描器5的信号输入端连接。
具体实施时，锁相放大器3的信号输出端连接有表面自旋磁信息输出端口13；反馈回路12的另一个信号输出端连接有表面形貌信息输出端口14。工作时，表面自旋磁信息输出端口用于输出表面自旋磁信息，表面形貌信息输出端口用于输出表面形貌信息。

Claims (2)

1.一种铁磁共振磁交换力显微镜测试系统，其特征在于：包括非接触式原子力显微镜系统、微波发生器（1）、载波器（2）、锁相放大器（3）、微波照射机构（4）；所述非接触式原子力显微镜系统包括扫描器（5）、磁性探针（6）、激光器（7）、四象限光电二极管探测器（8）、锁相环（9）、自动增益回路（10）、压电体（11）、反馈回路（12）；其中，微波发生器（1）的信号输入端与载波器（2）的信号输出端连接；载波器（2）的信号输入端与锁相放大器（3）的信号输出端连接；微波发生器（1）的信号输出端与微波照射机构（4）的信号输入端连接；微波照射机构（4）的出射端与磁性探针（6）的针尖斜对；磁性探针（6）的针尖位于扫描器（5）的台面正上方；激光器（7）的出射端与磁性探针（6）的针尖斜对；四象限光电二极管探测器（8）的入射端与磁性探针（6）的针尖斜对；四象限光电二极管探测器（8）的信号输出端与锁相环（9）的信号输入端连接；锁相环（9）的信号输出端分别与自动增益回路（10）的信号输入端、反馈回路（12）的信号输入端、锁相放大器（3）的信号输入端连接；自动增益回路（10）的信号输出端与压电体（11）的信号输入端连接；压电体（11）与磁性探针（6）的针尾固定；反馈回路（12）的信号输出端与扫描器（5）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的铁磁共振磁交换力显微镜测试系统，其特征在于：锁相放大器（3）的信号输出端连接有表面自旋磁信息输出端口（13）；反馈回路（12）的另一个信号输出端连接有表面形貌信息输出端口（14）。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105137126A (zh) * 2015-09-16 2015-12-09 中北大学 一种新型氮空位色心金刚石的扫描磁强计
CN107449939A (zh) * 2017-08-03 2017-12-08 哈尔滨工业大学 磁驱峰值力调制原子力显微镜及多参数同步测量方法
CN108535671A (zh) * 2018-04-24 2018-09-14 金华职业技术学院 一种纳米尺度磁化动态的测量方法
CN109001493A (zh) * 2018-04-26 2018-12-14 中北大学 一种金刚石氮空位扫描与afm集成的高精度测磁显微装置
CN110794174A (zh) * 2019-10-16 2020-02-14 西安交通大学 原子核自旋磁共振压力显微镜探测系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0419585A (ja) * 1990-05-14 1992-01-23 Hitachi Ltd 磁気共鳴現象の測定装置
WO2000036395A1 (en) * 1998-12-17 2000-06-22 Japan Science And Technology Corporation Magnetic resonance exchange interaction force microscope and method for measuring exchange interaction force using the same
EP0726444B1 (en) * 1995-02-10 2001-10-31 Bruker Analytik Gmbh Magnetic resonance method and apparatus for detecting an atomic structure of a sample along a surface thereof
JP2012047689A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Jeol Ltd 走査型プローブ顕微鏡

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0419585A (ja) * 1990-05-14 1992-01-23 Hitachi Ltd 磁気共鳴現象の測定装置
EP0726444B1 (en) * 1995-02-10 2001-10-31 Bruker Analytik Gmbh Magnetic resonance method and apparatus for detecting an atomic structure of a sample along a surface thereof
WO2000036395A1 (en) * 1998-12-17 2000-06-22 Japan Science And Technology Corporation Magnetic resonance exchange interaction force microscope and method for measuring exchange interaction force using the same
JP2012047689A (ja) * 2010-08-30 2012-03-08 Jeol Ltd 走査型プローブ顕微鏡

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
薛慧 等: "铁磁共振磁交换力显微镜", 《物理学报》, vol. 62, no. 18, 30 September 2012 (2012-09-30) *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105137126A (zh) * 2015-09-16 2015-12-09 中北大学 一种新型氮空位色心金刚石的扫描磁强计
CN105137126B (zh) * 2015-09-16 2018-10-30 中北大学 一种氮空位色心金刚石的扫描磁强计
CN107449939A (zh) * 2017-08-03 2017-12-08 哈尔滨工业大学 磁驱峰值力调制原子力显微镜及多参数同步测量方法
CN108535671A (zh) * 2018-04-24 2018-09-14 金华职业技术学院 一种纳米尺度磁化动态的测量方法
CN108535671B (zh) * 2018-04-24 2020-08-28 金华职业技术学院 一种纳米尺度磁化动态的测量方法
CN109001493A (zh) * 2018-04-26 2018-12-14 中北大学 一种金刚石氮空位扫描与afm集成的高精度测磁显微装置
CN109001493B (zh) * 2018-04-26 2020-08-07 中北大学 一种金刚石氮空位扫描与afm集成的高精度测磁显微装置
CN110794174A (zh) * 2019-10-16 2020-02-14 西安交通大学 原子核自旋磁共振压力显微镜探测系统

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