JP3144907B2 - 走査型プローブ顕微鏡用探針 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡用探針Info
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- JP3144907B2 JP3144907B2 JP24507592A JP24507592A JP3144907B2 JP 3144907 B2 JP3144907 B2 JP 3144907B2 JP 24507592 A JP24507592 A JP 24507592A JP 24507592 A JP24507592 A JP 24507592A JP 3144907 B2 JP3144907 B2 JP 3144907B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
（STM:Scanninng Tunneling Microscope）または原子間
力顕微鏡（AFM:Atomic Force Microscope ）等に代表さ
れる走査型プローブ顕微鏡（SPM:Scanning Probe Micro
scope ）用探針に関する。
（STM:Scanninng Tunneling Microscope）または原子間
力顕微鏡（AFM:Atomic Force Microscope ）等に代表さ
れる走査型プローブ顕微鏡（SPM:Scanning Probe Micro
scope ）用探針に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＴＭやＡＦＭは、図６に示すように、
鋭く尖った金属探針ａを試料ｂの表面に接近させ、トン
ネル効果を利用して原子レベルの観察等を行うもので、
前者は探針・試料間で通電し、後者は非通電でそれぞれ
探針の走査が行われる。
鋭く尖った金属探針ａを試料ｂの表面に接近させ、トン
ネル効果を利用して原子レベルの観察等を行うもので、
前者は探針・試料間で通電し、後者は非通電でそれぞれ
探針の走査が行われる。
【０００３】一方、磁気記録その他の分野で利用される
磁性体については近年、一層の機能性向上が図られ、そ
の一環としてなされている物質表面の磁性研究におい
て、ミクロ的領域での磁気能率の配列観察が重要視され
ている。
磁性体については近年、一層の機能性向上が図られ、そ
の一環としてなされている物質表面の磁性研究におい
て、ミクロ的領域での磁気能率の配列観察が重要視され
ている。
【０００４】そして、ＳＴＭまたはＡＦＭの探針として
磁性探針を用いることにより、磁性体表面の磁性粒子の
スピンが上向きか下向きかをトンネル電流の大きさによ
って区別できるに至り、これにより、磁性探針を用いた
ＳＴＭまたはＡＦＭによる物質表面の磁性の研究が、従
来他の方法では測定することが困難な表面スピン配列決
定の唯一の方法として注目されている。
磁性探針を用いることにより、磁性体表面の磁性粒子の
スピンが上向きか下向きかをトンネル電流の大きさによ
って区別できるに至り、これにより、磁性探針を用いた
ＳＴＭまたはＡＦＭによる物質表面の磁性の研究が、従
来他の方法では測定することが困難な表面スピン配列決
定の唯一の方法として注目されている。
【０００５】なお、ＡＦＭは、現在微小な磁区観測に専
ら利用されており、ＳＴＭのような原子スケールのスピ
ン配列の観測には成功していないが、近い将来原子スケ
ールの評価が期待されている。
ら利用されており、ＳＴＭのような原子スケールのスピ
ン配列の観測には成功していないが、近い将来原子スケ
ールの評価が期待されている。
【０００６】ところで、これまでＳＴＭおよびＡＦＭの
強磁性探針としては、主としてＣｒＯ２等が適用されて
いる。ＣｒＯ２等の強磁性体は一般に磁場零の状態では
多くの磁区に分れており、一つの磁区内ではスピン磁気
能率の方向は揃っているが、例えば〔１００〕方向を容
易軸とする立方対称の磁性体では、６つのスピン磁気能
率の方向が可能であり、スピン磁気能率の向きを特定方
向に規定するため強い外部磁場を印加している。
強磁性探針としては、主としてＣｒＯ２等が適用されて
いる。ＣｒＯ２等の強磁性体は一般に磁場零の状態では
多くの磁区に分れており、一つの磁区内ではスピン磁気
能率の方向は揃っているが、例えば〔１００〕方向を容
易軸とする立方対称の磁性体では、６つのスピン磁気能
率の方向が可能であり、スピン磁気能率の向きを特定方
向に規定するため強い外部磁場を印加している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】強い外部磁場の印加は
それ自体、装置価格や装置設計に負担をかけるだけでな
く、測定試料にも影響を与えてしまう。したがって、こ
れらＳＴＭ、ＡＦＭによる表面磁性の評価において重要
な課題として、過度に強い外部磁場を印加する必要なく
スピン磁気能率の向きを特定方向に規定でき、装置価
格、装置設計に負担をかけず、また測定試料にも影響を
与えない強磁性探針をいかに形成するかということが挙
げられる。
それ自体、装置価格や装置設計に負担をかけるだけでな
く、測定試料にも影響を与えてしまう。したがって、こ
れらＳＴＭ、ＡＦＭによる表面磁性の評価において重要
な課題として、過度に強い外部磁場を印加する必要なく
スピン磁気能率の向きを特定方向に規定でき、装置価
格、装置設計に負担をかけず、また測定試料にも影響を
与えない強磁性探針をいかに形成するかということが挙
げられる。
【０００８】また、通常の金属強磁性体では、伝導に寄
与するフェルミ面近傍の電子状態はｄバンドおよびｓバ
ンドの両方から成り立っている。ｄ電子は大きなスピン
偏極状態にあるが、有効質量が大きいため動きにくく、
伝導への寄与が小さい。一方、有効質量が小さいｓ電子
は伝導への寄与が大きいが、ｄ電子との相互作用によっ
て僅かにスピン偏極しているのみである。したがって、
ｄ電子およびｓ電子の両者が混在した状態の強磁性体で
は伝導電子が十分にスピン偏極せず、ＳＴＭの磁性探針
の材料として必ずしも適しない。
与するフェルミ面近傍の電子状態はｄバンドおよびｓバ
ンドの両方から成り立っている。ｄ電子は大きなスピン
偏極状態にあるが、有効質量が大きいため動きにくく、
伝導への寄与が小さい。一方、有効質量が小さいｓ電子
は伝導への寄与が大きいが、ｄ電子との相互作用によっ
て僅かにスピン偏極しているのみである。したがって、
ｄ電子およびｓ電子の両者が混在した状態の強磁性体で
は伝導電子が十分にスピン偏極せず、ＳＴＭの磁性探針
の材料として必ずしも適しない。
【０００９】したがって、ＳＴＭによる表面磁性の評価
における他の重要な課題として、伝導電子が十分にスピ
ン偏極した磁性探針をいかに形成するかということも挙
げられる。
における他の重要な課題として、伝導電子が十分にスピ
ン偏極した磁性探針をいかに形成するかということも挙
げられる。
【００１０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、第１の目的は、スピン磁気能率の向きを特定方
向に規定でき、装置価格、装置設計に負担をかけず、ま
た測定試料にも影響を与えない強磁性体からなる走査型
プローブ顕微鏡用探針を提供することにある。
もので、第１の目的は、スピン磁気能率の向きを特定方
向に規定でき、装置価格、装置設計に負担をかけず、ま
た測定試料にも影響を与えない強磁性体からなる走査型
プローブ顕微鏡用探針を提供することにある。
【００１１】また第２の目的は、伝導電子が十分にスピ
ン偏極した強磁性体からなる走査型プローブ顕微鏡用探
針を提供することにある。
ン偏極した強磁性体からなる走査型プローブ顕微鏡用探
針を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、走査型プローブ顕微鏡に設け
られる探針であって、強磁性体で構成されるものにおい
て、先端部が導電性強磁性体と絶縁性反強磁性体との積
層構造を有することを特徴とする。
めに、請求項１の発明は、走査型プローブ顕微鏡に設け
られる探針であって、強磁性体で構成されるものにおい
て、先端部が導電性強磁性体と絶縁性反強磁性体との積
層構造を有することを特徴とする。
【００１３】また、第２の目的を達成するために、請求
項２の発明は、走査型プローブ顕微鏡に設けられる探針
であって、強磁性体で構成されるものにおいて、フェル
ミ面近傍の電子状態が主としてｄバンドから構成されて
いることを特徴とする。
項２の発明は、走査型プローブ顕微鏡に設けられる探針
であって、強磁性体で構成されるものにおいて、フェル
ミ面近傍の電子状態が主としてｄバンドから構成されて
いることを特徴とする。
【００１４】
【作用】請求項１の発明の原理を図１によって説明す
る。図１は層構造の接合部を拡大したもので、上部に強
磁性体１、下部に反強磁性体２を示している。上部の強
磁性体１と下部の反強磁性体２との間には、界面を挾ん
で交換相互作用が働く。反強磁性体２のスピンの向き
は、結晶軸に固定されており、外部磁場によって向きを
変えない。強磁性体１単独では、そのスピンの向きは外
部磁場を印加しないと規定することはできないが、図１
に示した状況では、反強磁性体２の表面スピンの向きに
揃ってしまう。言い換えれば隣接する反強磁性体２が外
部磁場の役割を果たすことになる。このような現象は、
古くから知られており、交換異方性と呼ばれている。例
えばコバルト薄膜上に形成された酸化膜（ＣｏＯ）は反
強磁性体であるため、上記交換異方性が発生する。交換
異方性が通常の結晶異方性と異る点は、一方向性である
こと、すなわち右向きスピンと左向きスピンとが等価で
なくなることであり、この異方性はスピンを一つの向き
に揃えることが必要なＳＴＭ、ＡＦＭ探針形成に最も有
利に働く。
る。図１は層構造の接合部を拡大したもので、上部に強
磁性体１、下部に反強磁性体２を示している。上部の強
磁性体１と下部の反強磁性体２との間には、界面を挾ん
で交換相互作用が働く。反強磁性体２のスピンの向き
は、結晶軸に固定されており、外部磁場によって向きを
変えない。強磁性体１単独では、そのスピンの向きは外
部磁場を印加しないと規定することはできないが、図１
に示した状況では、反強磁性体２の表面スピンの向きに
揃ってしまう。言い換えれば隣接する反強磁性体２が外
部磁場の役割を果たすことになる。このような現象は、
古くから知られており、交換異方性と呼ばれている。例
えばコバルト薄膜上に形成された酸化膜（ＣｏＯ）は反
強磁性体であるため、上記交換異方性が発生する。交換
異方性が通常の結晶異方性と異る点は、一方向性である
こと、すなわち右向きスピンと左向きスピンとが等価で
なくなることであり、この異方性はスピンを一つの向き
に揃えることが必要なＳＴＭ、ＡＦＭ探針形成に最も有
利に働く。
【００１５】なお、スピン偏極した電子を得るために
は、電子が強磁性体内のみを流れることが必要である。
そのために本発明では、反強磁性体を絶縁体としてい
る。
は、電子が強磁性体内のみを流れることが必要である。
そのために本発明では、反強磁性体を絶縁体としてい
る。
【００１６】このように、導電性強磁性体と絶縁性反強
磁性体との積層構造を有する請求項１の発明に係る探針
によれば、スピン磁気能率の向きを容易に特定方向に規
定することができ、装置価格、装置設計等に係る負担が
低減でき、また測定試料にも影響を与えないものとな
る。
磁性体との積層構造を有する請求項１の発明に係る探針
によれば、スピン磁気能率の向きを容易に特定方向に規
定することができ、装置価格、装置設計等に係る負担が
低減でき、また測定試料にも影響を与えないものとな
る。
【００１７】次に請求項２の発明の原理を図２によって
説明する。図２は、金属強磁性体の電子状態について、
縦軸に電子エネルギ、横軸に存在電子個数を示したもの
である。図示のように、金属強磁性体では一般に、フェ
ルミ面ｆの近傍にはエネルギ分布の広いｓ電子３と、狭
いエネルギ分布のｄ電子４とが存在する。
説明する。図２は、金属強磁性体の電子状態について、
縦軸に電子エネルギ、横軸に存在電子個数を示したもの
である。図示のように、金属強磁性体では一般に、フェ
ルミ面ｆの近傍にはエネルギ分布の広いｓ電子３と、狭
いエネルギ分布のｄ電子４とが存在する。
【００１８】このように、フェルミ面近傍の電子状態が
ｄバンドおよびｓバンドから成る金属強磁性体そのまま
で探針を構成した場合には、前記のように、大きなスピ
ン偏極状態にある伝導への寄与が小さいｄ電子と、有効
質量が小さく伝導への寄与は大きいがｄ電子との相互作
用によって僅かにスピン偏極しているのみのｓ電子とが
混在するため、磁性探針の材料には適さない。
ｄバンドおよびｓバンドから成る金属強磁性体そのまま
で探針を構成した場合には、前記のように、大きなスピ
ン偏極状態にある伝導への寄与が小さいｄ電子と、有効
質量が小さく伝導への寄与は大きいがｄ電子との相互作
用によって僅かにスピン偏極しているのみのｓ電子とが
混在するため、磁性探針の材料には適さない。
【００１９】これに対し、本発明では、フェルミ面近傍
からｓ電子を排除し、図２に示す領域Ａの大きなスピン
偏極状態にあるｄ電子のみを利用するようにしたので、
磁性探針の構成として適したものとなる。なお、実際材
料ではｐ電子も存在するが、ｐ電子は十分なスピン偏極
状態となるので、その存在は問題とならない。
からｓ電子を排除し、図２に示す領域Ａの大きなスピン
偏極状態にあるｄ電子のみを利用するようにしたので、
磁性探針の構成として適したものとなる。なお、実際材
料ではｐ電子も存在するが、ｐ電子は十分なスピン偏極
状態となるので、その存在は問題とならない。
【００２０】なお、フェルミ面近傍の電子状態がスピン
偏極の大きなｄバンド（可含有ｐバンド）で構成されて
いる遷移金属（鉄属）の化合物は、その多くが、絶縁性
反強磁性体であり、ＳＴＭ用磁性探針としては用いるこ
とができない。遷移金属酸化物の中には、ルチル型の C
rO2 、ペロブスカイト型の（Ｌａ1-x Ｃａx ） MnO3等
の金属的伝導を示す強磁性体が知られているが、前者は
薄膜形成、加工が困難であり、後者は自発磁化が小さ
く、大きなスピン偏極が期待できない。
偏極の大きなｄバンド（可含有ｐバンド）で構成されて
いる遷移金属（鉄属）の化合物は、その多くが、絶縁性
反強磁性体であり、ＳＴＭ用磁性探針としては用いるこ
とができない。遷移金属酸化物の中には、ルチル型の C
rO2 、ペロブスカイト型の（Ｌａ1-x Ｃａx ） MnO3等
の金属的伝導を示す強磁性体が知られているが、前者は
薄膜形成、加工が困難であり、後者は自発磁化が小さ
く、大きなスピン偏極が期待できない。
【００２１】一方、一般式Ｍ1-X Ｆｅ2+X Ｏ4 （Ｍ：Ｍ
ｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ等）で示され
るスピネル型フェライトは、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイ
ト）を除いてｘ＝０で絶縁体であるが、ｘ≠０とするこ
とにより、あるいはＴｉ等の不純物をドープすることに
より伝導性を付与することができる。
ｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ等）で示され
るスピネル型フェライトは、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイ
ト）を除いてｘ＝０で絶縁体であるが、ｘ≠０とするこ
とにより、あるいはＴｉ等の不純物をドープすることに
より伝導性を付与することができる。
【００２２】これらのフェライト化合物は、スピネル構
造のＡサイトのスピン磁気モーメントとＢサイトのスピ
ン磁気モーメントとが交換相互作用により逆方向を向い
たフェリ磁性体であり、全てのスピン磁気モーメントが
一方向を向いた真の強磁性体（フェロ磁性体）ではな
い。しかし、これらの化合物での電気伝導は、Ｂサイト
で生じることが知られている。すなわち、これら化合物
の伝導電子はＢサイトのスピン偏極の向きと一致する。
さらにこれら化合物の磁性は、超交換相互作用により、
よく理解されることが知られている。すなわち、フェル
ミ面近傍の電子は、酸素のｐ電子と強く混合した遷移金
属イオンのｄ電子であることが知られており、極めて大
きなスピン偏極を示す。
造のＡサイトのスピン磁気モーメントとＢサイトのスピ
ン磁気モーメントとが交換相互作用により逆方向を向い
たフェリ磁性体であり、全てのスピン磁気モーメントが
一方向を向いた真の強磁性体（フェロ磁性体）ではな
い。しかし、これらの化合物での電気伝導は、Ｂサイト
で生じることが知られている。すなわち、これら化合物
の伝導電子はＢサイトのスピン偏極の向きと一致する。
さらにこれら化合物の磁性は、超交換相互作用により、
よく理解されることが知られている。すなわち、フェル
ミ面近傍の電子は、酸素のｐ電子と強く混合した遷移金
属イオンのｄ電子であることが知られており、極めて大
きなスピン偏極を示す。
【００２３】したがって、ＳＴＭの探針としては、導電
性を付与されたスピネル型フェライト製とすることが望
ましい。
性を付与されたスピネル型フェライト製とすることが望
ましい。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００２５】（実施例１）本実施例は請求項１に対応す
るもので、強磁性体としてスピネル型フェライトＦｅ３
Ｏ４、反強磁性体としてＣｏＯを選択し、これらを多層
状に配列して探針を構成したものである。
るもので、強磁性体としてスピネル型フェライトＦｅ３
Ｏ４、反強磁性体としてＣｏＯを選択し、これらを多層
状に配列して探針を構成したものである。
【００２６】（１）探針の形成 電子ビーム加熱蒸発源およびオゾン供給ノズルを備えた
ＭＢＥ（分子線エピキタシ）を用い、シリコン（１１
１）基板上にＦｅ３Ｏ４、ＣｏＯ積層膜を形成した。表
面電子回折（ＲＨＥＥＤ）観察を、そのままの状態で行
うことにより、ＣｏＯを１０ユニットセル蒸着し、引続
きＦｅ３Ｏ４を約２００オングストロームの層に蒸着し
た。基板温度はＣｏＯ蒸着時には３５０℃、Ｆｅ３Ｏ４
蒸着時には４００℃に保持した。
ＭＢＥ（分子線エピキタシ）を用い、シリコン（１１
１）基板上にＦｅ３Ｏ４、ＣｏＯ積層膜を形成した。表
面電子回折（ＲＨＥＥＤ）観察を、そのままの状態で行
うことにより、ＣｏＯを１０ユニットセル蒸着し、引続
きＦｅ３Ｏ４を約２００オングストロームの層に蒸着し
た。基板温度はＣｏＯ蒸着時には３５０℃、Ｆｅ３Ｏ４
蒸着時には４００℃に保持した。
【００２７】得られた積層膜は、断面ＴＥＭ観察によ
り、エピタキシアル成長していることを確かめた。探針
は、シリコン基板を針状にへき開した後、ＨＦ−ＨＮＯ
３溶液により、シリコンを選択的にエッチングすること
により作製した。得られた探針は、図３に示すように、
針状シリコンの先端部にスピネル型フェライトＦｅ３Ｏ
４の層１と、絶縁性反強磁性体であるＣｏＯの層２とか
らなる約２０００オングストローム厚の積層膜が突出し
た形状をしている。
り、エピタキシアル成長していることを確かめた。探針
は、シリコン基板を針状にへき開した後、ＨＦ−ＨＮＯ
３溶液により、シリコンを選択的にエッチングすること
により作製した。得られた探針は、図３に示すように、
針状シリコンの先端部にスピネル型フェライトＦｅ３Ｏ
４の層１と、絶縁性反強磁性体であるＣｏＯの層２とか
らなる約２０００オングストローム厚の積層膜が突出し
た形状をしている。
【００２８】（２）試料（反強磁性体Ｃｒの（００１）
面）観察 アルゴンイオンエッチングと超高真空（〜１０-10 ）中
の熱処理とにより、Ｃｒ単結晶の清浄（００１）面を形
成した。
面）観察 アルゴンイオンエッチングと超高真空（〜１０-10 ）中
の熱処理とにより、Ｃｒ単結晶の清浄（００１）面を形
成した。
【００２９】そして、まず試料表面の形状確認のためタ
ングステン探針を用いてＳＴＭによりＣｒ（００１）面
のステップを観察した。つまり、トンネル電流が一定と
なる条件で探針を上下に移動した。この結果、１．４オ
ングストロームの高さのステップが複数個観察された。
この高さはｂｃｃＣｒのユニットセルの高さ２．８８オ
ングストロームの約半分であり、したがって試料である
Ｃｒ面には図４に示すように、高さＬが１．４オングス
トロームの単原子ステップが多数存在することが分っ
た。一つのテラスの大きさは、１０００〜２０００オン
グストロームのものがほとんどであった。
ングステン探針を用いてＳＴＭによりＣｒ（００１）面
のステップを観察した。つまり、トンネル電流が一定と
なる条件で探針を上下に移動した。この結果、１．４オ
ングストロームの高さのステップが複数個観察された。
この高さはｂｃｃＣｒのユニットセルの高さ２．８８オ
ングストロームの約半分であり、したがって試料である
Ｃｒ面には図４に示すように、高さＬが１．４オングス
トロームの単原子ステップが多数存在することが分っ
た。一つのテラスの大きさは、１０００〜２０００オン
グストロームのものがほとんどであった。
【００３０】引続いて、本実施例の磁性探針を用いてＳ
ＴＭによりＣｒ（００１）面の観察を行った。タングス
テン探針の場合と同様に複数個のステップが観察された
が、そのステップの高さは１．６オングストロームおよ
び１．２オングストロームの２種であった。
ＴＭによりＣｒ（００１）面の観察を行った。タングス
テン探針の場合と同様に複数個のステップが観察された
が、そのステップの高さは１．６オングストロームおよ
び１．２オングストロームの２種であった。
【００３１】この結果は、次のように解釈することがで
きる。すなわち、探針のスピン磁気能率とＣｒ単結晶表
面のスピン磁気能率とが同じ向きか、反対の向きかによ
ってトンネル確立が異る。本実施例の探針では、磁性が
一方向となっているＦｅ３Ｏ４の層１のみで通電が行わ
れるため、トンネル電流一定の条件で探針移動により観
察した場合、図４に示すステップのうち、探針のスピン
磁気能率とＣｒ単結晶表面のスピン磁気能率とが同じ向
きでは探針と試料との距離Ｌ１が１．６オングストロー
ムと大きくても一定のトンネル電流が流れる。一方、探
針のスピン磁気能率とＣｒ単結晶表面のスピン磁気能率
とが逆向きである場合には、距離Ｌ２が１．２オングス
トロームと小さくなければトンネル電流が流れない。し
たがって、見かけ上２種類のステップの高さがあるよう
に観察される。
きる。すなわち、探針のスピン磁気能率とＣｒ単結晶表
面のスピン磁気能率とが同じ向きか、反対の向きかによ
ってトンネル確立が異る。本実施例の探針では、磁性が
一方向となっているＦｅ３Ｏ４の層１のみで通電が行わ
れるため、トンネル電流一定の条件で探針移動により観
察した場合、図４に示すステップのうち、探針のスピン
磁気能率とＣｒ単結晶表面のスピン磁気能率とが同じ向
きでは探針と試料との距離Ｌ１が１．６オングストロー
ムと大きくても一定のトンネル電流が流れる。一方、探
針のスピン磁気能率とＣｒ単結晶表面のスピン磁気能率
とが逆向きである場合には、距離Ｌ２が１．２オングス
トロームと小さくなければトンネル電流が流れない。し
たがって、見かけ上２種類のステップの高さがあるよう
に観察される。
【００３２】このことは、試料表面が平坦な場合にトン
ネル電流の変化を観察すれば、試料表面の小さな原子レ
ベルでのスピン磁気能率の向きの変化が判別できるとい
うことである。すなわち、初期の目的である原子レベル
での磁区観察等が行える。
ネル電流の変化を観察すれば、試料表面の小さな原子レ
ベルでのスピン磁気能率の向きの変化が判別できるとい
うことである。すなわち、初期の目的である原子レベル
での磁区観察等が行える。
【００３３】そして、本実施例によれば、探針のスピン
磁気能率の向きを特定方向に規定できるものであるか
ら、装置価格、装置設計に負担をかけず、また測定試料
にも影響を与えることがない。
磁気能率の向きを特定方向に規定できるものであるか
ら、装置価格、装置設計に負担をかけず、また測定試料
にも影響を与えることがない。
【００３４】（実施例２）本実施例は請求項２に対応す
るもので、磁性探針としてＦｅ３Ｏ４探針を製作し、こ
れにより試料である反強磁性体Ｃｒの（００１）面の観
察を行った。
るもので、磁性探針としてＦｅ３Ｏ４探針を製作し、こ
れにより試料である反強磁性体Ｃｒの（００１）面の観
察を行った。
【００３５】探針の製作は前記実施例１とほぼ同様で、
電子ビーム加熱蒸発源およびオゾン供給ノズルを備えた
ＭＢＥ（分子線エピキタシ）を用い、シリコン（１１
１）基板上にＦｅ３Ｏ４膜を基板温度４００℃で約３０
０オングストロームの厚さに形成した。
電子ビーム加熱蒸発源およびオゾン供給ノズルを備えた
ＭＢＥ（分子線エピキタシ）を用い、シリコン（１１
１）基板上にＦｅ３Ｏ４膜を基板温度４００℃で約３０
０オングストロームの厚さに形成した。
【００３６】探針は、シリコン基板を針状にへき開した
後、ＨＦ−ＨＮＯ３溶液により、シリコンを選択的にエ
ッチングすることにより作製した。得られた探針は、図
５に示すように、針状シリコンの先端部に約２０００オ
ングストロームＦｅ３Ｏ４膜が突出した形状をしてい
る。
後、ＨＦ−ＨＮＯ３溶液により、シリコンを選択的にエ
ッチングすることにより作製した。得られた探針は、図
５に示すように、針状シリコンの先端部に約２０００オ
ングストロームＦｅ３Ｏ４膜が突出した形状をしてい
る。
【００３７】観察用試料としては、アルゴンイオンエッ
チングと超高真空（〜１０-10 ）中の熱処理とにより、
Ｃｒ単結晶の清浄（００１）面を形成した。
チングと超高真空（〜１０-10 ）中の熱処理とにより、
Ｃｒ単結晶の清浄（００１）面を形成した。
【００３８】そして、まずＳＴＭにより、タングステン
探針を用いて（００１）面のステップを観察したとこ
ろ、前記実施例１と同様に１．４オングストロームの高
さのステップが複数個観察された。この高さはｂｃｃＣ
ｒのユニットセルの高さ２．８８オングストロームの約
半分であり、Ｃｒ面には、単原子ステップが多数存在す
ることが分った。一つのテラスの大きさは、１０００〜
２０００オングストロームのものがほとんどであった。
探針を用いて（００１）面のステップを観察したとこ
ろ、前記実施例１と同様に１．４オングストロームの高
さのステップが複数個観察された。この高さはｂｃｃＣ
ｒのユニットセルの高さ２．８８オングストロームの約
半分であり、Ｃｒ面には、単原子ステップが多数存在す
ることが分った。一つのテラスの大きさは、１０００〜
２０００オングストロームのものがほとんどであった。
【００３９】引続いて、本実施例の磁性探針を用いてＣ
ｒ（００１）面の観察を行った。この場合、前記実施例
１と同様に、高さ１．２オングストロームおよび１．６
オングストロームのステップが相互に観察された。
ｒ（００１）面の観察を行った。この場合、前記実施例
１と同様に、高さ１．２オングストロームおよび１．６
オングストロームのステップが相互に観察された。
【００４０】したがって、本実施例によっても、見かけ
上２種類のステップ高さがあり、トンネル電流の変化を
観察すれば、試料表面の小さな原子レベルでのスピン磁
気能率の向きの変化が判別できるということである。す
なわち、初期の目的である原子レベルでの磁区観察等が
行え、探針の伝導電子が十分にスピン偏極していること
を示している。
上２種類のステップ高さがあり、トンネル電流の変化を
観察すれば、試料表面の小さな原子レベルでのスピン磁
気能率の向きの変化が判別できるということである。す
なわち、初期の目的である原子レベルでの磁区観察等が
行え、探針の伝導電子が十分にスピン偏極していること
を示している。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明に係る走
査型プローブ顕微鏡用探針よれば、スピン磁気能率の向
きを特定方向に規定でき、装置価格、装置設計に負担を
かけず、また測定試料にも影響を与えない等の効果が奏
される。
査型プローブ顕微鏡用探針よれば、スピン磁気能率の向
きを特定方向に規定でき、装置価格、装置設計に負担を
かけず、また測定試料にも影響を与えない等の効果が奏
される。
【００４２】また、請求項２の発明に係る走査型プロー
ブ顕微鏡用探針によれば、伝導電子が十分にスピン偏極
した好適な構成とすることができ、このようにミクロな
領域での磁気能率の配列観測に用いる場合の最も有効的
な磁性探針を提供できる。
ブ顕微鏡用探針によれば、伝導電子が十分にスピン偏極
した好適な構成とすることができ、このようにミクロな
領域での磁気能率の配列観測に用いる場合の最も有効的
な磁性探針を提供できる。
【図１】請求項１の発明の説明図。
【図２】請求区尾２の発明の説明図。
【図３】実施例１の説明図で、探針先端を拡大した模式
図。
図。
【図４】実施例１の説明図で、試料表面を示す模式図。
【図５】実施例２の説明図で、探針先端を拡大した模式
図。
図。
【図６】ＳＴＭ、ＡＦＭの探針構成を示す図。
１ 導電性強磁性体 ２ 絶縁性反強磁性体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−296180（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274480（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−142315（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−139240（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18 G01B 21/30
Claims (2)
- 【請求項１】 走査型プローブ顕微鏡に設けられる探針
であって、強磁性体で構成されるものにおいて、先端部
が導電性強磁性体と絶縁性反強磁性体との積層構造を有
することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用探針。 - 【請求項２】 走査型プローブ顕微鏡に設けられる探針
であって、強磁性体で構成されるものにおいて、フェル
ミ面近傍の電子状態が主としてｄバンドから構成されて
いることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用探針。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24507592A JP3144907B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 走査型プローブ顕微鏡用探針 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24507592A JP3144907B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 走査型プローブ顕微鏡用探針 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0694813A JPH0694813A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3144907B2 true JP3144907B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=17128227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24507592A Expired - Fee Related JP3144907B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 走査型プローブ顕微鏡用探針 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144907B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3811004B2 (ja) * | 2000-11-26 | 2006-08-16 | 喜萬 中山 | 導電性走査型顕微鏡用プローブ |
| SG103326A1 (en) * | 2001-11-30 | 2004-04-29 | Inst Data Storage | Magnetic force microscopy having a magnetic probe coated with exchange coupled magnetic mutiple layers |
| JP2006267113A (ja) * | 2006-04-10 | 2006-10-05 | Yoshikazu Nakayama | 先端被覆ナノチューブ、走査型顕微鏡用先端被覆プローブ、これを用いた加工装置及び加工方法 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24507592A patent/JP3144907B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0694813A (ja) | 1994-04-08 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |