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        1. 磁力顯微鏡MFM/靜電力顯微鏡EFM

          ? ? ? ?掃描探針顯微鏡(SPM)不僅可以獲得樣品的表面形貌,借助特殊的探針和檢測技術,還可用以分析與作用力相關的樣品表面性質。本原的磁力顯微鏡(MFM)可以檢測樣品表面的磁疇分布,用于各種磁性材料的分析和測試;本原的靜電力顯微鏡(EFM)可以檢測樣品的表面電勢、電場分布、薄膜的介電常數和沉積電荷等信息。

          磁力顯微鏡MFM和靜電力顯微鏡EFM原理圖

          本原磁力/靜電力顯微鏡(MFM/EFM)系統原理框圖

          ? ? ? ?磁力顯微鏡(MFM)采用磁性探針對樣品表面掃描檢測,檢測時,對樣品表面的每一行都進行兩次掃描:第一次掃描采用輕敲模式,得到樣品在這一行的高低起伏并記錄下來;然后采用抬起模式,讓磁性探針抬起一定的高度(通常為10~200nm),并按樣品表面起伏軌跡進行第二次掃描,由于探針被抬起且按樣品表面起伏軌跡掃描,故第二次掃描過程中針尖不接觸樣品表面(不存在針尖與樣品間原子的短程斥力)且與其保持恒定距離(消除了樣品表面形貌的影響),磁性探針因受到的長程磁力的作用而引起的振幅和相位變化,因此,將第二次掃描中探針的振幅和相位變化記錄下來,就能得到樣品表面漏磁場的精細梯度,從而得到樣品的磁疇結構。一般而言,相對于磁性探針的振幅,其振動相位對樣品表面磁場變化更敏感,因此,相移成像技術是磁力顯微鏡的重要方法,其結果的分辨率更高、細節也更豐富。

          原子力顯微鏡的抬起模式示意圖

          ? ? ? ?原子力顯微鏡的抬起模式(Lift mode)示意圖

          ? ? ? ?抬起模式的工作原理如下:

          ? ? ? ?1. 在樣品表面掃描,得到樣品的表面形貌信息,這個過程與在輕敲模式中成像一樣;

          ? ? ? ?2. 探針回到當前行掃描的開始點,增加探針與樣品之間的距離(即抬起一定的高度),根據第一次掃描得到的樣品形貌,始終保持探針與樣品之間的距離,進行第二次掃描。在這個階段,可以通過探針懸臂振動的振幅和相位的變化,得到相應的長程力的圖像;

          ? ? ? ? 3. 在抬起模式中,必須根據所要測量的力的性質選擇相應的探針。

          ? ? ? ?與其他磁成像技術比較,磁力顯微鏡(FMF)具有分辨率高、可在大氣中工作、不破壞樣品而且不需要特殊的樣品制備等優點。

          ? ? ? ? 靜電力顯微鏡(EFM)和磁力顯微鏡(MFM)原理相似,它采用導電探針以抬起模式進行掃描。

          ? ? ? ? 由于樣品上方的電場梯度的存在,探針與樣品表面電場之間的靜電力會引起探針微懸臂共振頻率的變化,從而導致其振幅和相位的變化。在一般情況下,相位對磁場或電場的變化更為敏感,因此在磁力顯微鏡或靜電力顯微鏡中,相位變化圖(即相移成像)比器振幅成像能夠得到更好的分辨率或圖像襯度。

          ? ? ? ?下圖為高分子磁性薄膜和高密度硬盤的磁力顯微鏡檢測結果:

          磁力顯微鏡結果磁力顯微鏡結果
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