JP2017181025A - Near-field polarization microscope - Google Patents
Near-field polarization microscope Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017181025A JP2017181025A JP2014165037A JP2014165037A JP2017181025A JP 2017181025 A JP2017181025 A JP 2017181025A JP 2014165037 A JP2014165037 A JP 2014165037A JP 2014165037 A JP2014165037 A JP 2014165037A JP 2017181025 A JP2017181025 A JP 2017181025A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- magnetic
- field
- light
- magnetic domain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/02—Multiple-type SPM, i.e. involving more than one SPM techniques
Abstract
Description
本発明は、探針に光が入射されることで発生する近接場光を用いて試料の情報が検出される近接場偏光顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to a near-field polarization microscope in which information on a sample is detected using near-field light generated when light enters a probe.
従来から、磁性体から形成される試料の磁区を検出するために、磁気力顕微鏡(MFM)が用いられている。磁気力顕微鏡のカンチレバーは、下記特許文献1の背景技術の欄に記載のとおり、磁性を有している。カンチレバーが磁性を有していることで、試料の表面から発生する磁界を測定することができる。 Conventionally, a magnetic force microscope (MFM) has been used to detect a magnetic domain of a sample formed from a magnetic material. The cantilever of the magnetic force microscope has magnetism as described in the background art section of Patent Document 1 below. Since the cantilever has magnetism, a magnetic field generated from the surface of the sample can be measured.
しかしながら、磁気力顕微鏡では、カンチレバーが磁性を有しているため、試料に外部から磁界を印加しつつ、試料の磁区を検出することが困難である。これは、磁性を有するカンチレバーが、外部から印加される磁界の影響を受けてしまい、試料の正確な磁区を検出することができないからである。 However, in the magnetic force microscope, since the cantilever has magnetism, it is difficult to detect the magnetic domain of the sample while applying a magnetic field from the outside to the sample. This is because a magnetic cantilever is affected by a magnetic field applied from the outside, and an accurate magnetic domain of the sample cannot be detected.
本発明が解決しようとする課題は、試料に外部から磁界を印加しつつ、試料の磁区を正確に検出することができる近接場偏光顕微鏡を提供することにある。また、好ましくは、試料の磁気ヒステリシスを容易に測定できる近接場偏光顕微鏡を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a near-field polarization microscope that can accurately detect a magnetic domain of a sample while applying a magnetic field from the outside to the sample. It is also desirable to provide a near-field polarization microscope that can easily measure the magnetic hysteresis of a sample.
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、少なくとも表面が磁性を有する試料の磁区を検出することができる近接場偏光顕微鏡であって、非磁性材料から形成され、先端へ行くに従って先細りとなる凹形状の探針を有し、この探針は、光を透過する材料で形成されると共に内面が金属製の膜で覆われ、前記探針と前記試料との間に原子間力が作用するよう配置されるカンチレバーと、磁区検出レーザ光の前記探針内面への照射による近接場光により、前記試料の磁区を検出できる磁区検出光学系と、前記磁区検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像により、前記磁区検出レーザ光の照射状態が観察できる観察照明光学系と、前記磁区検出光学系および前記観察照明光学系に対して共通に設けられる対物レンズと、前記カンチレバーおよび前記試料を挟んで上下に配置される上部磁極および下部磁極を有し、前記試料に外部から磁界を印加することができる磁界印加手段とを備えることを特徴とする近接場偏光顕微鏡である。 The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 is a near-field polarization microscope capable of detecting a magnetic domain of a sample having at least a surface having magnetism, and is non-magnetic. The probe has a concave probe formed of a material and tapering toward the tip. The probe is formed of a material that transmits light, and an inner surface is covered with a metal film. A cantilever arranged so that an atomic force acts between the sample and a magnetic domain detection optical system capable of detecting a magnetic domain of the sample by near-field light generated by irradiation of the probe inner surface with a magnetic domain detection laser beam; An observation illumination optical system capable of observing the irradiation state of the magnetic domain detection laser light by an optical image of the return light from the cantilever of illumination light having a wavelength band other than the wavelength of the magnetic domain detection laser light, the magnetic domain detection optical system, and An objective lens provided in common for the observation illumination optical system, and an upper magnetic pole and a lower magnetic pole disposed above and below the cantilever and the sample, and a magnetic field can be applied to the sample from the outside A near-field polarizing microscope comprising a magnetic field applying unit.
請求項2に記載の発明は、前記試料を2次元平面内で走査させる走査手段と、この走査手段により設定量ずつ前記試料を移動させ、その各点におけるz座標を記録する座標記録手段と、設定値間において外部磁界を変動させる磁界変動手段と、前記各点において外部磁界を変動させた際の情報を記憶する記憶手段とをさらに備え、前記磁区検出光学系からの前記情報に基づいて、前記試料の微小領域の磁気ヒステリシスを測定することができることを特徴とする請求項1に記載の近接場偏光顕微鏡である。
The invention according to
さらに、請求項3に記載の発明は、前記下部磁極の上端部は、上方へ行くに従って先細りに形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の近接場偏光顕微鏡である。
Furthermore, the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、カンチレバーが非磁性材料から形成されることで、カンチレバーを挟んで上部磁極と下部磁極とが配置される磁界印加手段により、試料に磁界が印加された場合、カンチレバーが磁界印加手段による磁界の影響を受けることがない。従って、試料に外部から磁界を印加しつつ、試料の磁区を正確に検出することができる。また、近接場光を用いることで、光の回折限界を超えた分解能で、試料の磁区を検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the magnetic field is applied to the sample by the magnetic field applying means in which the upper magnetic pole and the lower magnetic pole are arranged with the cantilever sandwiched between the cantilevers. The cantilever is not affected by the magnetic field by the magnetic field applying means. Therefore, the magnetic domain of the sample can be accurately detected while applying a magnetic field to the sample from the outside. Further, by using near-field light, the magnetic domain of the sample can be detected with a resolution exceeding the diffraction limit of light.
請求項2に記載の発明によれば、AFM像と共に、試料の磁気ヒステリシスを得ることができる。
According to invention of
さらに、請求項3に記載の発明によれば、下部磁極の上端部が先細りに形成されることで、磁界印加手段による磁界をより強くすることができる。 Furthermore, according to the third aspect of the present invention, the upper end portion of the lower magnetic pole is tapered, so that the magnetic field by the magnetic field applying means can be further strengthened.
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1および図2は、本発明の近接場偏光顕微鏡の一実施例を示す図であり、図1は、一部を断面にして示す概略構成図、図2は、図1の一部を拡大した概略図であり、さらに一部を拡大して示している。本実施例の近接場偏光顕微鏡1は、探針2を有するカンチレバー3と、磁区検出光学系4と、観察照明光学系5と、磁区検出光学系4および観察照明光学系5に共通の対物レンズ6と、磁界印加手段7とを備える。本実施例では、磁性体から形成される試料8の磁区を検出する場合について説明するが、試料8はこれに限定されるものではなく、少なくとも表面が磁性を有していればよい。
1 and 2 are diagrams showing an embodiment of the near-field polarization microscope of the present invention. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a part thereof in cross section, and FIG. 2 is an enlarged part of FIG. It is a schematic diagram and a part is further enlarged and shown. The near-field polarization microscope 1 of the present embodiment includes a
カンチレバー3は、光を透過する材料で非磁性かつ非導電性材料から形成され、本実施例では窒化シリコンから形成される。図2に示されるように、カンチレバー3は、一端支持型構成とされ、板状の梁部9と、梁部9の他端部に設けられる探針2とを有して構成される。カンチレバー3は、一端側(探針2が形成される側と反対側)を支点として撓曲可能とされる。
The
カンチレバー3の探針2は、先端へ行くに従って先細りとなる凹形状とされ、本実施例では逆円錐状に形成される。探針2の形状は、逆円錐状に限定されるものではなく、たとえば、逆角錐状に形成してもよい。探針2の内面には、表面プラズモン共鳴が起きるように、金属製の膜10が形成される。本実施例では、膜10は、金、銀、アルミなどの金属を用いて、金属蒸着により形成される。
The
磁区検出光学系4は、試料8の磁区を検出するものである。磁区検出光学系4は、磁区検出レーザ光11のレーザ光源12と、レーザ光源12からの磁区検出レーザ光11の絞り13と、λ/2板14と、λ/4板15と、ダイクロイックミラー16とを備える。図1に示されるように、磁区検出レーザ光11の光路に沿って、レーザ光源12から近い順に、絞り13、λ/2板14、λ/4板15およびダイクロイックミラー16が配置される。なお、本実施例では、磁区検出レーザ光11は、たとえば、633nmの赤の波長とされる。磁区検出レーザ光11の波長は、これに限定されるものではなく、カンチレバーのプラズモン共鳴波長付近の波長とすればよい。
The magnetic domain detection
また、磁区検出光学系4は、試料8の磁区が検出される磁区検出装置17と、狭帯域干渉フィルタ18と、レンズ19と、G−T(Glan−Thompson)アナライザ20と、λ/4板21と、磁区検出装置17への不要反射光が排除される不要反射光排除手段22とをさらに備える。狭帯域干渉フィルタ18は、特定の波長の光のみを通すフィルタとされ、周囲の蛍光灯などの不要な光がカットされて、レーザ光のみを通すことができる。磁区検出装置17は、光の試料8への照射による試料8からの戻り光により、試料8の磁区を検出することができる。また、磁区検出装置17は、導入される試料8からの戻り光の態様、目的とする検出信号態様などに応じて、たとえば、フォトダイオード、光電子増倍管(フォトマルチプライヤ)、分光器などによって構成される。なお、狭帯域干渉フィルタ18が用いられる場合には、磁区検出装置17は光電子増倍管とされる。不要反射光排除手段22は、探針2の先端との共焦点を形成する一対の共焦点レンズ23,23と、共焦点レンズ23,23間に配置されるアパーチャ24とを備える。
The magnetic domain detection
観察照明光学系5は、カンチレバー3に対する磁区検出レーザ光11の照射状態や、探針2と試料8との位置関係などを観察するものである。観察照明光学系5は、照明光源25と、ビームスプリッタ26と、結像レンズ27と、試料8からの戻り光の光学像が観察される観察装置28とを備える。照明光源25は、たとえば、白色の照明光29を発生させる白色光源とされる。ビームスプリッタ26は、照明光源25からの照明光29を、後述する対物レンズ6の光軸もしくは近軸上に導入するためのものとされる。観察装置28は、カメラ30と、撮像光学像が映し出されるモニタ31とを備える。このような観察照明光学系5と磁区検出光学系4とに共通の対物レンズ6は、試料8の最も近くに配置されるレンズとされる。
The observation illumination
前述したように、磁区検出レーザ光11は、赤のレーザ光とされる。照明光源25は、磁区検出レーザ光11の波長以外の波長に渡る波長帯、本実施例では赤の波長以外の波長に渡る波長帯とされ、照明光29として好適な白色光の照明光29の白色光源とされる。
As described above, the magnetic domain
磁界印加手段7は、試料8に外部から磁界を印加するものである。図1に示されるように、磁界印加手段7は、基体32と、基体32に設けられるコイル33とを備える。基体32は、本体34と、本体34の上端部に設けられる蓋体35とを有して構成される。本体34は、円柱状で上端部が上方へ行くに従って先細りとなる円錐台状の強磁性体から形成される鉄心36と、鉄心36との間に筒状隙間37を形成するよう配置される円筒状の筒部38と、鉄心36の下端部と筒部38の下端部とが接続される円板状の接続部39とを有する。ここで、鉄心36および筒部38はそれぞれ、接続部39にネジで固定される。
The magnetic field applying means 7 applies a magnetic field to the
蓋体35は、円板状に形成され、一部に切欠き部40が形成される。蓋体35の下面の縁部には、下方へ筒状に延出して載置部41が形成される。蓋体35の中央部には、板面を貫通して円形状の導入穴42が形成され、この導入穴42と切欠き部40とは連通している。コイル33は、前記筒状隙間37に配置される。蓋体35の載置部41は、本体34の筒部38の上面にネジで固定される。これにより、蓋体35が上部磁極43とされる一方、基体32の鉄心36が下部磁極44とされる。上部磁極43と下部磁極44との間には、蓋体35の載置部41によって間隔が形成される。蓋体35の載置部41には、蓋体35の切欠き部40と径方向に対向する位置において、周方向へ沿って貫通穴45が形成される。
The
導入穴42の直径や厚さは、対物レンズ6の作動距離や焦点、その他開口数(NA)に合わせて適宜に設定される。また、導入穴42の形状は、円形に限定されるものではなく、対物レンズ6の作動距離や焦点、開口数に合わせて適宜に変更可能とされる。これにより、本実施例の磁界印加手段7の構成であっても、大きな開口数や短焦点を実現することができる。
The diameter and thickness of the
なお、本実施例の近接場偏光顕微鏡1は、前述した他、ダイクロイックミラー46と、探針支持片47が設けられる探針ステージ48と、試料支持片49が設けられる試料ステージ50と、試料スキャナ51とをさらに備える。
The near-field polarizing microscope 1 according to the present embodiment includes a
ダイクロイックミラー46は、白色光の照明光29から、磁区検出レーザ光11の波長光、本実施例では633nmの赤の光を反射させて排除できる。また、ダイクロイックミラー46は、磁区検出レーザ光11の波長以外の波長光が透過され、照明光29を磁区検出レーザ光11と共に対物レンズ6へ向かわせる波長選択性を有する。試料ステージ50は、試料スキャナ51により、近接場偏光顕微鏡1の光軸方向へ沿うz軸方向と、これと直交する面上において互いに直交するx軸およびy軸方向とへ移動可能とされる。
The
ところで、探針2と試料8との間に原子間力が作用するように、探針2の先端が試料8の表面に近接するようカンチレバー3が配置される。図2に示されるように、カンチレバー3は、水晶振動子52に設けられる。水晶振動子52は、2本の振動片53の内、一方を切断したものとされ、残された他方の振動片53に、カンチレバー3が接着される。水晶振動子52は、セラミック製のベース54を介して励振ピエゾ55に設けられ、この励振ピエゾ55は、探針ホルダ56を介して探針支持片47に設けられる。探針ホルダ56および探針支持片47は、非磁性かつ非導電性材料から形成され、本実施例では、アルミナなどのセラミック製とされる。探針支持片47は、細長い板状に形成され、先端部に探針ホルダ56が設けられる。この探針支持片47は、先端部が蓋体35の切欠き部40を介して基体32内に差し込まれる。この際、カンチレバー3は、上部磁極43と下部磁極44との間に配置されると共に、探針2が蓋体35の導入穴42に対応して配置される。
By the way, the
一方、試料8は、試料ホルダ57を介して、試料支持片49に設けられる。試料ホルダ57および試料支持片49は、非磁性かつ非導電性材料から形成され、本実施例では、アルミナなどのセラミック製とされる。試料支持片49は、細長い板状に形成され、先端部に試料ホルダ57が設けられる。この試料支持片49は、蓋体35に形成された貫通穴45を介して、基体32内に差し込まれる。この際、試料8は、カンチレバー3の下側において、上部磁極43と下部磁極44との間に配置されると共に、蓋体35の導入穴42に対応して配置される。
On the other hand, the
次に、本実施例の近接場偏光顕微鏡1を用いて試料8の磁区を検出する動作について説明する。ここで、近接場光について説明する。レーザ光源12から照射される磁区検出レーザ光11のファーフィールド光を探針2の先端にフォーカスさせることで、探針2と膜10との境界面でプラズモン共鳴が励起され、これが探針2の先端側へ伝播し、先端から近接場光(ニアフィールド光)が発生し、近接場光が試料8に照射される。この近接場光によるスポット径は回折限界に規制されず、対物レンズ6の開口数および磁区検出レーザ光11の波長に依存しないことから、微小な照射スポット径とすることができる。
Next, an operation for detecting the magnetic domain of the
試料8には、磁界印加手段7によって、外部から磁界が印加される。具体的には、コイル33に電流を流すことで、蓋体35および鉄心36がそれぞれ磁極43,44となり、磁界を発生させることができる。これにより、本実施例では、強磁界、たとえば1テスラの磁界を発生させることができる。このようにして、外部から磁界を印加しつつ、試料8の磁区を検出することができる。
A magnetic field is applied to the
近接場偏光顕微鏡1では、照明光29は、ビームスプリッタ26で反射され、ダイクロイックミラー46を通過した後に対物レンズ6にて集光され、蓋体35の導入穴42を介して、カンチレバー3および試料8に照射される。カンチレバー3および試料8に照射された照明光29の戻り光は、レンズ27を通過して、観察装置28により観察される。この観察結果に基づいて、試料8の基準位置の調整が試料スキャナ51によって行われる。試料スキャナ51は、xy方向(水平方向)およびz方向(垂直方向)に、試料ステージ50を移動させることができる。なお、必要に応じて、カンチレバー3の設定位置の調整が行われる。
In the near-field polarizing microscope 1, the
その後、試料スキャナ51により試料ステージ50がx方向およびy方向に移動され、磁区検出レーザ光11による探針2先端からの近接場光のスポットが、試料8の表面上に走査される。このようにして、カンチレバー3を固定した状態で、試料8を移動させる。磁区検出レーザ光11は、絞り13を介してλ/2板14を通過した後、さらにλ/4板15を通過する。この際、磁区検出レーザ光11は、λ/2板14により直線偏光とされ、λ/4板15により円偏光または楕円偏光とされる。円偏光のファーフィールド光は、ダイクロイックミラー16を通過し、ミラー58およびミラー59にて反射された後、ダイクロイックミラー46で反射されて対物レンズ6にて集光され、蓋体35の導入穴42を介して探針2の先端にフォーカスされ、これにより先端から近接場光が得られ、その近接場光が試料8に照射される。
Thereafter, the
探針2の先端にフォーカスされる際、磁区検出レーザ光11の波長の半分以下の内径では、空気中を伝播する通常の光は、透過せずに反射される。この部分より先端側には、近接場光のみが伝播される。探針2と膜10との境界面でプラズモン共鳴が励起され、これが探針2の先端方向へ伝播され、探針2の先端から近接場光が滲み出る。この際、探針2の先端部が試料8の表面に近接されていることで、この微小スポットの近接場光が試料8の表面に照射される。
When focusing on the tip of the
試料8に照射された近接場光は、試料8の表面で反射されて戻り光として、対物レンズ6を通過し、ダイクロイックミラー46で反射された後、ミラー59およびミラー58にて反射され、さらにダイクロイックミラー16にて反射される。そして、磁区検出光学系4に備えられる磁区検出装置17によって、試料8の磁区が検出される。
The near-field light irradiated on the
試料8の表面から磁区を検出するには、磁気カー効果を検出する必要がある。試料8にて近接場光が反射されると、試料8の磁化の向きに応じて偏光面が回転される。このような戻り光は、前述したように対物レンズ6からダイクロイックミラー16へ進み、さらに不要反射光排除手段22を介して、λ/4板21へ進む。この際、探針2の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光もまた、近接場光の戻り光と同様に対物レンズ6からダイクロイックミラー16へ進み、さらに不要反射光排除手段22を介して、λ/4板21へ進む。
In order to detect a magnetic domain from the surface of the
試料8からの戻り光と、探針2の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光とは、λ/4板21までの光路長が異なる。これにより、λ/4板21にて直線偏光とされた双方の戻り光は、偏光面の角度が相違した状態で、G−Tアナライザ20に導入される。ここで、G−Tアナライザ20の偏光角を調整しておくことで、試料8からの戻り光のみを取り出すことができる。すなわち、探針2の内面で反射された不要のファーフィールド光の戻り光を排除することができる。このようにして、磁区検出がなされた光のみが、レンズ19と狭帯域干渉フィルタ18とを介して磁区検出装置17へ導入され、電気信号に変換した出力を取り出すことができる。
The return light from the
不要反射光排除手段22では、一対の共焦点レンズ23,23による共焦点関係にない回折光を、共焦点位置に配置されるアパーチャ24によって遮断してカットすることができる。不要反射光排除手段22では、たとえば、探針2からの信号を検出する場合、アパーチャ24のピンホールの径は、その信号のみを検出できるように、共焦点レンズ23の倍率と対物レンズ6の倍率との差により設定される。
In the unnecessary reflected
ところで、カンチレバー3は、探針2と試料8との間の距離が一定となるように制御される。図1および図2に示されるように、カンチレバー3が設けられる水晶振動子52には、図示しないが、加振用電極や検出用電極が設けられる。この加振用電極に交流電圧が印加されることで、水晶振動子52の振動片53が屈曲振動され、これにより、カンチレバー3の探針2を試料8の表面と略垂直な方向に振動させることができる。
By the way, the
試料スキャナ51は、探針2と試料8との間の距離を調整できる微動手段と、探針2と試料8とを2次元平面内で相対的に走査する走査手段とを備えて構成される。この試料スキャナ51と試料ステージ50とは接続されており、これにより、試料ステージ50、ひいては試料8が、試料スキャナ51によりxy方向(水平方向)およびz方向(垂直方向)へ移動可能とされる。
The
水晶振動子52に交流電圧が印加されて振動片53が共振された状態で、探針2の先端と試料8の表面とが近接される。これにより、探針2の先端と試料8の表面との間に原子間力が作用され、振動片53の周波数や振幅などの振動状態が変化し、水晶振動子52の振動により発生する圧電電流が変化される。
The tip of the
水晶振動子52の検出用電極には、プリアンプ60を介して、PLL(Phase Locked Loop)回路61が接続される。プリアンプ60では、水晶振動子52の振動により発生する圧電電流が検出されて電気信号に増幅変化され、これがPLL回路61へ出力される。PLL回路61では、振動片53の共振周波数の変化量が検出され、その変化量を表す電気信号が生成され、生成された電気信号が制御部62へ出力される。制御部62は、前述した周波数の変化量が一定に保持されるように、試料スキャナ51に制御信号が出力される。そして、試料スキャナ51により探針2と試料8との間の距離が一定になるよう調整しつつ、試料8が探針2に対して2次元平面内で相対的に移動される。
A PLL (Phase Locked Loop)
本実施例の近接場偏光顕微鏡1では、AFM像と共に、試料8の微小領域における磁気ヒステリシスを測定できるのが好ましい。この場合、本実施例の近接場偏光顕微鏡1は、試料スキャナ51の走査手段により設定量ずつ試料8を移動させ、その各点におけるz座標を記録する座標記録手段と、設定値間において外部磁界を変動させる磁界変動手段と、前記各点において外部磁界を変動させた際の情報を記憶する記憶手段とをさらに備える。試料スキャナ51の走査手段を設定量ずつ移動させる場合には、パーソナルコンピュータから構成される端末装置と試料スキャナ51とが接続され、端末装置にその設定量を設定しておけばよい。
In the near-field polarizing microscope 1 of the present embodiment, it is preferable that the magnetic hysteresis in the minute region of the
座標記録手段は、試料8の各点におけるz座標を記録する手段とされる。座標記録手段は、試料スキャナ51と接続され、この試料スキャナ51から送られるz座標の情報を記録することができる。ここで、z座標は、試料8の起伏の高さ情報とされる。このz座標は、試料8のxy座標(試料表面の場所)と対応づけて、座標記録手段に記録される。磁界変動手段は、磁界印加手段7に備えられており、前記端末装置に接続される。この端末装置に、変動させる磁界の値が設定される。本実施例では、たとえば、+1テスラから−1テスラへ、そして−1テスラから+1テスラへ連続的に変動するように設定される。記憶手段は、磁区検出装置17と接続され、前記各点において、外部磁界変動手段により磁界を変動させた際の情報を記憶することができる。すなわち、記憶される情報は、各点におけるz座標と対応づけられる。これにより、各点ごとの磁気ヒステリシスを得ることができる。
The coordinate recording means is means for recording the z coordinate at each point of the
従って、取得したz座標の情報を2次元的に表示することでAFM像を得ることができる。また、これに加えて、z軸に磁気軸をとりxy軸に試料の表面の場所を表すような3次元の磁気ヒステリシスデータを2つ得ることができる。ここで、2つとは、−1テスラから+1テスラへ磁界を変動させた際のものと、+1テスラから−1テスラへ磁界を変動させた際のものである。 Therefore, an AFM image can be obtained by two-dimensionally displaying the acquired z coordinate information. In addition, two pieces of three-dimensional magnetic hysteresis data can be obtained in which the magnetic axis is taken as the z axis and the surface location of the sample is taken as the xy axis. Here, the two are a case where the magnetic field is changed from -1 Tesla to +1 Tesla and a case where the magnetic field is changed from +1 Tesla to -1 Tesla.
データ取得後、特定の磁気軸でスライスすることで、たとえば、ゼロ磁界から増加させた際の0.5テスラ時の磁気像(2次元)を、AFM像と共に得ることができる。また、特定の場所の磁気ヒステリシスを確認する際には、その箇所の磁気ヒステリシス曲線を抜き出せばよい。 After data acquisition, by slicing along a specific magnetic axis, for example, a magnetic image (two-dimensional) at 0.5 Tesla when increased from zero magnetic field can be obtained together with an AFM image. Further, when confirming the magnetic hysteresis at a specific location, the magnetic hysteresis curve at that location may be extracted.
本実施例の近接場偏光顕微鏡1によれば、上部磁極43と下部磁極44との間に配置されるカンチレバー3が非磁性材料から形成されることで、そのカンチレバー3は、磁界印加手段7により印加される磁界の影響を受けることがない。従って、外部から磁界を印加しつつ、試料8の磁区を正確に検出することができる。これに加えて、本実施例の近接場偏光顕微鏡1によれば、上部磁極43と下部磁極44との間に配置される試料支持片49、試料ホルダ57、探針ホルダ56および探針支持片47も非磁性材料から形成されることで、それらも磁界の影響を受けることがない。
According to the near-field polarization microscope 1 of the present embodiment, the
また、本実施例の近接場偏光顕微鏡1によれば、カンチレバー3、試料支持片49、試料ホルダ57、探針ホルダ56および探針支持片47が非導電性材料から形成されることで、渦電流による影響を抑制することができる。また、本実施例の近接場偏光顕微鏡1によれば、上部磁極43と下部磁極44との間に基体32の外周面から試料支持片49および探針支持片47を差し込む構成とすることで、上部磁極43と下部磁極44との間隔を小さくすることができる。また、本実施例の近接場偏光顕微鏡1によれば、磁界を印加しつつ、近接場光を用いて試料8の磁区が検出できるため、微小領域での磁性ドットの磁化の変化を観察することができる。さらに、本実施例の近接場偏光顕微鏡1によれば、下部磁極44の上端部が先細りに形成されることで、磁界をより強くすることができる。
Further, according to the near-field polarization microscope 1 of the present embodiment, the
本発明の近接場偏光顕微鏡は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、磁界印加手段7は、前記実施例の構成に限定されるものではない。図3および図4は、図1の近接場偏光顕微鏡の変形例を示す図であり、図3は、磁界印加手段の概略側面図、図4は、磁界印加手段の概略平面図であり、カンチレバーと試料とが配置された状態を示している。
The near-field polarizing microscope of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and can be changed as appropriate. For example, the magnetic
本変形例の磁界印加手段7は、上下に離隔して配置される上部リターンヨーク70および下部リターンヨーク71と、上部リターンヨーク70と下部リターンヨーク71とを接続する鉄心72と、鉄心72に設けられるコイル73と、下部リターンヨーク71に設けられる柱体74とを備える。上部リターンヨーク70と下部リターンヨーク71とは、一端部同士が円柱状の鉄心72により接続され、この鉄心72にコイル73が設けられる。柱体74は、円柱状に形成され、下部リターンヨーク71の他端部に立設される。この際、上部リターンヨーク70の他端部と柱体74の上端部とが隙間を空けた状態で互いに対応するように配置される。柱体74の上端部は、上方へ行くに従って先細りとなる円錐台状に形成される。これにより、上部リターンヨーク70が上部磁極43とされる一方、柱体74が下部磁極44とされる。
The magnetic field applying means 7 of this modification is provided on the
カンチレバー3および試料8は、上部磁極43となる上部リターンヨーク70と下部磁極44となる柱体74の間の隙間に配置される。この状態において、コイル73に電流を流すことで、上部リターンヨーク70と柱体74とがそれぞれ上部磁極43と下部磁極44となり、磁界を発生させることができ、試料8に磁界を印加することができる。本変形例では、細長い板状の探針支持片47および試料支持片49は必要としないが、その他のカンチレバー3やホルダ56,57などは非磁性材料から形成されることで、磁界の影響を受けることがない。それに加えて、それらが非導電性材料から形成されることで、渦電流による影響を抑制することができる。また、本変形例の磁界印加手段7では、近接場偏光顕微鏡1全体をコンパクトにすることができる。さらに、本変形例の磁界印加手段7を用いた近接場偏光顕微鏡1は、既存の原子間力顕微鏡の構成を適用し易い。
The
また、前記実施例では、水晶振動子52によりカンチレバー3を振動させたが、励振ピエゾ55によりカンチレバー3を振動させてもよい。図5は、図1の近接場偏光顕微鏡の別の変形例を示す概略構成図であり、一部を省略して示している。本変形例の近接場偏光顕微鏡1は、基本的には前記実施例と同様の構成である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
In the above-described embodiment, the
図5に示されるように、カンチレバー3は、励振ピエゾ55に直接設けられる。励振ピエゾ55は、図示しない出力装置からのカンチレバー3の共振周波数の励振周波数により励振される。従って、励振ピエゾ55の振動がカンチレバー3に伝達されて、カンチレバー3が振動される。本変形例の近接場偏光顕微鏡1は、カンチレバー3の変位を検出する変位検出光学系63と、ダイクロイックミラー64とをさらに備える。変位検出光学系63は、変位検出レーザ光65の変位レーザ光源66と、光によってカンチレバー3の変位が検出される変位検出装置67と、レンズ68とを有して構成される。なお、本変形例では、膜10は、梁部9の一端部を残して、梁部9の表面にも探針2の内面から連続して形成される。
As shown in FIG. 5, the
変位検出装置67は、本変形例では4分割フォトダイオードとされ、カンチレバー3からの変位検出レーザ光65の戻り光により、カンチレバー3の変位を検出することができる。なお、本実施例では、変位検出レーザ光65は、たとえば、532nmの緑の波長とされる。このような変位検出光学系63、観察照明光学系5および磁区検出光学系4とに対して、対物レンズ6は共通とされる。これにより、構成の簡素化、占有空間の小型化および組立精度の向上を図ることができる。ダイクロイックミラー64は、照明光29から、変位検出レーザ光65の波長光、本実施例では532nmの緑の光を反射させて排除できる。また、ダイクロイックミラー64は、変位検出レーザ光65の波長以外の波長光が透過され、照明光29を変位検出レーザ光65と共に対物レンズ6へ向かわせる波長選択性を有する。
The
本変形例の近接場偏光顕微鏡1は、前記実施例の近接場偏光顕微鏡1と同様にして、試料8の磁区が検出される。この際、変位レーザ光源66からの変位検出レーザ光65は、ダイクロイックミラー64にて反射され、ダイクロイックミラー46を透過して対物レンズ6を通過し、カンチレバー3の膜10で反射される。この戻り光は、レンズ68を介して変位検出装置67に導入される。戻り光は、カンチレバー3の撓曲、すなわち変位に応じて、変位検出装置67への入射角変化(すなわちスポット形状の変化)、あるいは位置が変化することから、変位検出装置67における光電変換の各部の入射光量の変化が生じる。従って、これらによる出力の演算により、カンチレバー3の撓みの検出、ひいては原子間力を検出することができる。つまり、探針2と試料8との間隔を検出できる。
In the near-field polarizing microscope 1 of this modification, the magnetic domain of the
探針2と試料8との間隔を検出した信号が制御装置69に入力され、制御装置69から試料スキャナ51へ制御信号が出力される。そして、試料スキャナ51により試料ステージ50のz軸方向の調整がなされる。これにより、常時、探針2と試料8との間隔を一定に保持することができる。言い換えれば、近接場光は、常時、試料8の表面に一定条件で照射される。
A signal that detects the interval between the
また、前記実施例では、水晶振動子52を直接振動させたが、励振ピエゾ55により振動させてもよい。この場合、励振ピエゾ55を振動させることで水晶振動子52が振動され、ひいてはカンチレバー3が振動される。また、前記実施例では、磁区検出光学系4においてλ/4板15が設けられたが、これを用いないこともできる。この場合、磁区検出レーザ光11は、λ/2板14により直線偏光とされて、ダイクロイックミラー16へ進む。また、λ/4板15およびλ/4板21を用いない構成とすることもできる。
In the above embodiment, the
また、前記実施例では、探針支持片47と試料支持片49とが基体32の径方向に互いに対向するように配置されたが、これに限定されるものではなく、探針支持片47と試料支持片49とが互いに直交するよう配置してもよい。また、前記実施例では、磁区検出装置17が光電子増倍管とされたが、分光器としてもよい。この場合、狭帯域干渉フィルタ18は用いられず、ダイクロイックミラー16およびダイクロイックミラー46がハーフミラーであるビームスプリッタとされる。また、不要反射光排除手段22とλ/4板21との間、またはG−Tアナライザ20とレンズ19との間にビームスプリッタが配置され、戻り光を、光電子増倍管へ向かう光とビームスプリッタで反射される光とに分岐させてもよい。この場合、ビームスプリッタで反射された光は分光器へ導入され、光電子増倍管での検出信号と分光器での検出信号とを同時に取得することができる。
In the above-described embodiment, the
また、前記実施例では、水晶振動子52の振動片53の周波数がPLL回路61により検出され、これに基づいて探針2と試料8との距離が一定に保持されたが、これに限定されるものではなく、たとえば、前述した変位検出光学系63を用いてもよい。さらに、前記変形例では、励振ピエゾ55の振動によるカンチレバー3の振動が変位検出光学系63にて検出されたが、これに限定されるものではなく、たとえば、励振ピエゾ55の周波数がPLL回路61にて検出される構成としてもよい。なお、PLL回路61は、試料8表面をカンチレバー3で触れながらなぞりつつ、カンチレバー3の動きで試料8表面の凹凸を検出するコンタクト方式や、カンチレバー3を共振周波数で強制励振させて試料8表面をなぞるタッピング方式にも対応している。
In the above-described embodiment, the frequency of the
1 近接場偏光顕微鏡
2 探針
3 カンチレバー
4 磁区検出光学系
5 観察照明光学系
6 対物レンズ
7 磁界印加手段
8 試料
10 膜
11 磁区検出レーザ光
17 磁区検出装置
28 観察装置
29 照明光
43 上部磁極
44 下部磁極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Near
Claims (3)
非磁性材料から形成され、先端へ行くに従って先細りとなる凹形状の探針を有し、この探針は、光を透過する材料で形成されると共に内面が金属製の膜で覆われ、前記探針と前記試料との間に原子間力が作用するよう配置されるカンチレバーと、
磁区検出レーザ光の前記探針内面への照射による近接場光により、前記試料の磁区を検出できる磁区検出光学系と、
前記磁区検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の前記カンチレバーからの戻り光の光学像により、前記磁区検出レーザ光の照射状態が観察できる観察照明光学系と、
前記磁区検出光学系および前記観察照明光学系に対して共通に設けられる対物レンズと、
前記カンチレバーおよび前記試料を挟んで上下に配置される上部磁極および下部磁極を有し、前記試料に外部から磁界を印加することができる磁界印加手段と
を備えることを特徴とする近接場偏光顕微鏡。 A near-field polarization microscope capable of detecting a magnetic domain of a sample having at least a surface having magnetism,
The probe is formed of a non-magnetic material and has a concave probe that tapers toward the tip. The probe is formed of a material that transmits light and has an inner surface covered with a metal film. A cantilever arranged such that an atomic force acts between the needle and the sample;
A magnetic domain detection optical system capable of detecting a magnetic domain of the sample by near-field light by irradiation of the probe inner surface with a magnetic domain detection laser beam;
An observation illumination optical system capable of observing the irradiation state of the magnetic domain detection laser light by an optical image of the return light from the cantilever of the illumination light having a wavelength band other than the wavelength of the magnetic domain detection laser light;
An objective lens provided in common for the magnetic domain detection optical system and the observation illumination optical system;
A near-field polarization microscope comprising: an upper magnetic pole and a lower magnetic pole arranged above and below the cantilever and the sample, and a magnetic field applying unit capable of applying a magnetic field from the outside to the sample.
この走査手段により設定量ずつ前記試料を移動させ、その各点におけるz座標を記録する座標記録手段と、
設定値間において外部磁界を変動させる磁界変動手段と、
前記各点において外部磁界を変動させた際の情報を記憶する記憶手段とをさらに備え、
前記磁区検出光学系からの前記情報に基づいて、前記試料の微小領域の磁気ヒステリシスを測定することができる
ことを特徴とする請求項1に記載の近接場偏光顕微鏡。 Scanning means for scanning the sample in a two-dimensional plane;
A coordinate recording means for moving the sample by a set amount by the scanning means and recording the z coordinate at each point;
Magnetic field changing means for changing the external magnetic field between set values;
Storage means for storing information when the external magnetic field is changed at each of the points;
The near-field polarization microscope according to claim 1, wherein magnetic hysteresis of a minute region of the sample can be measured based on the information from the magnetic domain detection optical system.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の近接場偏光顕微鏡。 The near-field polarization microscope according to claim 1, wherein an upper end portion of the lower magnetic pole is formed to taper as it goes upward.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014165037A JP2017181025A (en) | 2014-08-13 | 2014-08-13 | Near-field polarization microscope |
PCT/JP2015/072930 WO2016024629A1 (en) | 2014-08-13 | 2015-08-13 | Near-field polarization microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014165037A JP2017181025A (en) | 2014-08-13 | 2014-08-13 | Near-field polarization microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017181025A true JP2017181025A (en) | 2017-10-05 |
Family
ID=55304256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014165037A Pending JP2017181025A (en) | 2014-08-13 | 2014-08-13 | Near-field polarization microscope |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017181025A (en) |
WO (1) | WO2016024629A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107621552B (en) * | 2016-07-15 | 2020-10-02 | 中国科学院理化技术研究所 | Polarization modulation scanning near-field optical microscope system device based on cantilever type round hole probe |
EP3835797A1 (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-16 | Université de Genève | Magnet device |
CN111257802B (en) * | 2020-01-16 | 2022-06-21 | 上海科技大学 | Method for realizing ferromagnetic magnetic domain morphology construction by utilizing magneto-optical effect |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09293288A (en) * | 1996-04-23 | 1997-11-11 | Hitachi Maxell Ltd | Magneto-optical recording/reproducing device |
JP2003344258A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Japan Science & Technology Corp | Device for impressing vertical magnetic field for magnetic force microscope |
JP2007108088A (en) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Nec Corp | Optical device using near-field light |
JP2008175651A (en) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Gunma Univ | Near-field light probe, optical device, probe microscope, and probe microscope type read/write head device |
-
2014
- 2014-08-13 JP JP2014165037A patent/JP2017181025A/en active Pending
-
2015
- 2015-08-13 WO PCT/JP2015/072930 patent/WO2016024629A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016024629A1 (en) | 2016-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107014793B (en) | One kind is based on double galvanometer doublet multi-mode wide fields super-resolution micro imaging system | |
JP3793430B2 (en) | Optical device using near-field light | |
JP5828359B2 (en) | Mechanical detection of Raman resonance | |
JP2010175534A (en) | Magnetic device inspection apparatus and magnetic device inspection method | |
JP5918658B2 (en) | Optical device | |
JPH10506457A (en) | Scanning probe microscope equipment | |
US8860946B2 (en) | Polarizing different phases of interfered light used in a method and apparatus for measuring displacement of a specimen | |
JP2007232596A (en) | Magnetic resonance force microscope | |
WO2022116521A1 (en) | Quantum diamond precision magnetic measurement system based on single spin | |
WO2016024629A1 (en) | Near-field polarization microscope | |
JP4939086B2 (en) | Atomic force microscope | |
JP2009128139A (en) | Scan probe microscope, and probe unit for the scan probe microscope | |
KR20210151709A (en) | Interferometric scattering microscopy | |
JPH05126725A (en) | Scanning type analysis microscope | |
RU2321084C2 (en) | Probe for the probe microscope which uses transparent substrates, the probe microscope and the method for manufacturing the probe | |
JP4646049B2 (en) | Scanning probe microscope | |
JP2007108088A (en) | Optical device using near-field light | |
JP2004102228A (en) | Focusing device, displacement sensor and cofocusing microscope | |
US7173714B2 (en) | Apparatus for parallel detection of the behaviour of mechanical micro-oscillators | |
WO2010067570A1 (en) | Method for processing output of scanning type probe microscope, and scanning type probe microscope | |
CN112858966B (en) | Spin confocal magnetic detection system and method | |
JP2008175651A (en) | Near-field light probe, optical device, probe microscope, and probe microscope type read/write head device | |
JP4262621B2 (en) | Atomic force microscope | |
JP2015017814A (en) | Near-field microscope | |
JPH05215544A (en) | Scanning-microscope probe, displacement detecting method for scanning-microscope probe and scanning microscope |