磁力显微镜MFM/静电力显微镜EFM

磁力显微镜MFM/静电力显微镜EFM

 

    扫描探针显微镜(SPM)不仅可以获得样品的表面形貌,借助特殊的探针和检测技术,还可用以分析与作用力相关的样品表面性质。CSPM5500磁力显微镜(MFM)可以检测样品表面的磁畴分布,用于各种磁性材料的分析和测试;CSPM5500静电力显微镜(EFM)可以检测样品的表面电势、电场分布、薄膜的介电常数和沉积电荷等信息。

 

CSPM5500磁力/静电力显微镜(MFM/EFM)原理图

 

 

    磁力显微镜(MFM)采用磁性探针对样品表面扫描检测,检测时,对样品表面的每一行都进行两次扫描:第一次扫描采用轻敲模式,得到样品在这一行的高低起伏并记录下来;然后采用抬起模式,让磁性探针抬起一定的高度(通常为10~200nm),并按样品表面起伏轨迹进行第二次扫描,由于探针被抬起且按样品表面起伏轨迹扫描,故第二次扫描过程中针尖不接触样品表面(不存在针尖与样品间原子的短程斥力)且与其保持恒定距离(消除了样品表面形貌的影响),磁性探针因受到的长程磁力的作用而引起的振幅和相位变化,因此,将第二次扫描中探针的振幅和相位变化记录下来,就能得到样品表面漏磁场的精细梯度,从而得到样品的磁畴结构。一般而言,相对于磁性探针的振幅,其振动相位对样品表面磁场变化更敏感,因此,相移成像技术是磁力显微镜的重要方法,其结果的分辨率更高、细节也更丰富。        

 

 

抬起模式的原理如下:

    1. 在样品表面扫描,得到样品的表面形貌信息,这个过程与在轻敲模式中成像一样; 
    2. 探针回到当前行扫描的开始点,增加探针与样品之间的距离(即抬起一定的高度),根据第一次扫描得到的样品形貌,始终保持探针与样品之间的距离,进行第二次扫描。在这个阶段,可以通过探针悬臂振动的振幅和相位的变化,得到相应的长程力的图像; 
    3. 在抬起模式中,必须根据所要测量的力的性质选择相应的探针。

 

 

    与其他磁成像技术比较,磁力显微镜(FMF)具有分辨率高、可在大气中工作、不破坏样品而且不需要特殊的样品制备等优点。

 

 

    静电力显微镜(EFM)和磁力显微镜(MFM)原理相似,它采用导电探针以抬起模式进行扫描。

    由于样品上方的电场梯度的存在,探针与样品表面电场之间的静电力会引起探针微悬臂共振频率的变化,从而导致其振幅和相位的变化。