אופטימיזציה של רזולוציה ורגישות מיקרוסקופית כוח מגנטי כדי להמחיש תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי
Summary
מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM) משתמשת בגשושית מיקרוסקופיית כוח אטומי ממוגנטת אנכית למדידת טופוגרפיה של דגימות ועוצמת שדה מגנטי מקומי ברזולוציה ננומטרית. מיטוב הרזולוציה והרגישות המרחבית של MFM דורש איזון בין הקטנת גובה ההרמה לבין משרעת הנעה (תנודות) גוברת, ויתרונות מפעולה בתא כפפות אטמוספירה אינרטי.
Abstract
מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM) מאפשרת מיפוי שדות מגנטיים מקומיים על פני משטח דגימה ברזולוציה ננומטרית. כדי לבצע MFM, גשושית מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) שהקצה שלה ממוגנט אנכית (כלומר, בניצב לתותח הגשושית) מתנדנדת בגובה קבוע מעל פני השטח של הדגימה. לאחר מכן מתבצע מעקב אחר התזוזות המתקבלות בשלב או בתדר התנודה, שהן פרופורציונליות לגודל ולסימן של גרדיאנט הכוח המגנטי האנכי בכל מיקום פיקסלים. למרות שהרזולוציה והרגישות המרחבית של הטכניקה גדלות עם ירידה בגובה ההרמה מעל פני השטח, נתיב פשוט לכאורה זה לתמונות MFM משופרות מסובך על ידי שיקולים כגון מזעור ממצאים טופוגרפיים עקב כוחות ואן דר ואלס בעלי טווח קצר יותר, הגדלת משרעת התנודות כדי לשפר עוד יותר את הרגישות, ונוכחות מזהמים על פני השטח (בפרט מים עקב לחות בתנאי הסביבה). בנוסף, בשל הכיוון של מומנט הדיפול המגנטי של הגשושית, MFM רגישה יותר במהותה לדגימות עם וקטור מגנטיזציה מחוץ למישור. כאן מדווחות תמונות טופוגרפיות ופאזה מגנטית ברזולוציה גבוהה של מערכי ספין-קרח מלאכותיים (ASI) ננומגנטיים חד-רכיביים הדו-רכיביים המתקבלים בתא כפפות אטמוספירה אינרטי (ארגון) עם <0.1 ppm O 2 ו-H2O. נדון באופטימיזציה של גובה ההרמה ומשרעת ההנעה לרזולוציה ורגישות גבוהה תוך הימנעות מהכנסת ממצאים טופוגרפיים, ומוצג זיהוי של השדות המגנטיים התועים הנובעים משני קצות מגנטי המוט הננומטריים (אורך ~ 250 ננומטר ורוחב <100 ננומטר) המיושרים במישור משטח דגימת ASI. כמו כן, באמצעות הדוגמה של סגסוגת זיכרון צורה מגנטית Ni-Mn-Ga (MSMA), MFM מודגם באטמוספירה אינרטית עם רגישות פאזה מגנטית המסוגלת לפתור סדרה של תחומים מגנטיים סמוכים כל אחד ברוחב ~200 ננומטר.
Introduction
מיקרוסקופיית כוח מגנטי (MFM), מיקרוסקופיית בדיקה סורקת (SPM) נגזרת של מיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM), מאפשרת הדמיה של הכוחות המגנטיים החלשים יחסית אך ארוכי הטווח שחווים קצה גשושית ממוגנט כאשר הוא נע מעל משטח דגימה 1,2,3,4,5. AFM היא טכניקת אפיון לא הרסנית המשתמשת בקצה בקנה מידה ננומטרי בקצה של קנטילבר גמיש כדי למפות את טופוגרפיית פני השטח6 וכן למדוד תכונות חומר (למשל, מכניות, חשמליות ומגנטיות) 7,8,9 ברזולוציה ננומטרית. הסטה של הקנטילבר עקב אינטראקציות של דגימת קצה של עניין נמדדת באמצעות השתקפות של לייזר מגב הקנטילבר לתוך פוטודיודה רגישה למיקום10. הדמיה ברזולוציה גבוהה של התכונות המגנטיות המקומיות של חומר באמצעות MFM מספקת את ההזדמנות הייחודית לאפיין את חוזק השדה המגנטי ואת הכיוון בחומרים, מבנים והתקנים חדשים בקנה מידה ננומטרי 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . כדי לבצע MFM, גשושית AFM שהקצה שלה ממוגנט אנכית (כלומר, בניצב למשטח הגשושית ולמשטח הדגימה) מתנדנדת מכנית בתדר התהודה הטבעי שלה בגובה קבוע מעל משטח הדגימה. שינויים כתוצאה מכך באמפליטודת תנודות (פחות רגישה, ולכן פחות נפוצה), תדר או פאזה (המתוארים כאן) מנוטרים לאחר מכן כדי למדוד את עוצמת השדה המגנטי באופן איכותי. באופן ספציפי יותר, אפנון תדרים MFM מייצר מפה של תזוזות בתדר התנודה או בפאזה, פרופורציונלית לגודל ולסימן של שיפוע הכוח המגנטי שחוותה הגשושית. על מנת לשמור על גובה קבוע מעל הדגימה במהלך מדידות MFM, בדרך כלל משתמשים במצב פעולה של מעבר כפול. טופוגרפיית הדגימה ממופה תחילה באמצעות טכניקות AFM סטנדרטיות, ולאחר מכן הדמיית MFM משולבת של כל קו סריקה רציף בגובה הרמה שנקבע על-ידי המשתמש (עשרות עד מאות ננומטר) ממשטח הדגימה. שימוש במצב רכישה כפול כזה מאפשר הפרדה של אינטראקציות ואן דר ואלס קצרות הטווח המשמשות למיפוי הטופוגרפיה מהכוחות המגנטיים ארוכי הטווח יחסית שחווים במהלך מעבר מצב ההרמה המשולב. עם זאת, הרזולוציה המרחבית של MFM עולה עם ירידה בגובה ההרמה18, כך שקיים מתח מובנה בין הגדלת רזולוציית MFM לבין הימנעות מממצאים טופוגרפיים עקב כוחות ואן דר ואלס. באופן דומה, רגישות MFM פרופורציונלית לאמפליטודת התנודה במהלך מעבר מצב ההרמה, אך משרעת התנודה המרבית המותרת מוגבלת על ידי גובה ההרמה ושינויים מהירים בטופוגרפיה של הדגימה (כלומר, תכונות יחס גובה-רוחב גבוה).
מחקרים אחרונים הדגישו את עושר ההזדמנויות הקשורות ליישום ננומגנטיות וננומניקה, שפותחו באמצעות מבני ספין-קרח מלאכותיים (ASI) וגבישים מגנוניים, כהתקנים מתפקדים ללוגיקה, חישוב, הצפנה ואחסון נתונים 19,20,21,22 . קרחוני ספין מלאכותיים, המורכבים מננו-מגנטים המסודרים בתצורות סריג מורחבות נפרדות, מציגים דיפולים מגנטיים או מונופולים מתפתחים הניתנים לשליטה באמצעות גירוי חיצוני 19,20,23,24,25. באופן כללי, ASIs מעדיפים תצורת מומנט הממזערת את האנרגיה (למשל, ב-ASI מרובע דו-ממדי (דו-ממדי), שני רגעים מצביעים פנימה ושתי נקודות מכל קודקוד), כאשר המיקרוסטטים בעלי האנרגיה הנמוכה פועלים לפי כללים המקבילים לחומרי ספין-קרח גבישיים 21,26,27,28 . באופן דומה, מחקר שנערך לאחרונה על ידי MFM הדגים מערכת סריג ASI תלת-ממדית (3D) הבנויה מסוטים של כדור הארץ הנדיר הממוקמים על טטרהדרה לשיתוף פינות, כאשר שני ספינים מצביעים לכיוון מרכז הטטרהדרה ושני ספינים מצביעים החוצה, וכתוצאה מכך שני דיפולים מגנטיים שווים ומנוגדים ומכאן מטען מגנטי אפס נטו במרכזי הטטרהדרה23 . בהתאם ליישור השדה המגנטי המופעל ביחס לפני השטח של הדגימה, נצפו הבדלים משמעותיים בסדר המגנטי ובאורך המתאם. היישור והשליטה בדיפולים של ASI מצדיקים אפוא חקירה נוספת. שיטות למדידת התפלגויות שדה מגנטי ASI כללו שימוש בספקטרומטר רעש מגנטו-אופטי29 או מיקרוסקופיית אלקטרונים פוטו-פליטה מגנטית מגנטית (XMCD-PEEM)25; עם זאת, כדי להשיג רזולוציות מרחביות השוות או גדולות מאלה של MFM עם XMCD-PEEM, נדרשים אורכי גל קצרים במיוחד (כלומר, קרני רנטגן באנרגיה גבוהה). MFM מציעה טכניקת אפיון פשוטה הרבה יותר שאינה דורשת חשיפה של דגימות לקרני רנטגן שעלולות להזיק באנרגיה גבוהה. בנוסף, MFM שימש לא רק לאפיון מיקרוסטטים של ASI21,23,27, אלא גם לכתיבה מגנטית מונעת פגמים טופולוגיים באמצעות קצוות מומנט מגנטי גבוה30. בהתאם לכך, MFM יכול למלא תפקיד חיוני בקידום המחקר והפיתוח של ASI, במיוחד באמצעות יכולתו לתאם בין טופוגרפיה של דגימה לבין חוזק וכיוון של שדה מגנטי, ובכך לחשוף את הדיפולים המגנטיים הקשורים לתכונות טופוגרפיות ספציפיות (כלומר, רכיבי סריג ASI).
MFM ברזולוציה גבוהה מספק גם תובנה משמעותית לגבי הקשר בין המבנה של סגסוגות זיכרון בעלות צורה פרומגנטית לבין התכונות המגנטומכניות הננומטריות שלהן 14,17,31,32,33. סגסוגות זיכרון של צורה פרומגנטית, המכונות בדרך כלל סגסוגות זיכרון צורה מגנטית (MSMAs), מציגות זנים גדולים (עד 12%) המושרים בשדה מגנטי, נישאים בתנועת גבול כפולה 29,33,34,35. נעשה שימוש בטכניקות MFM כדי לחקור את הקשרים המורכבים בין תאומים במהלך דפורמציה לבין טרנספורמציה מרטנסיטית, כניסה, דפורמציה של מיקרו-עמוד ותגובות מגנטיות בקנה מידה ננומטרי של MSMAs15,16,17,36. יש לציין במיוחד, MFM שולב עם ננו-כניסה כדי ליצור ולקרוא זיכרון מגנטומכני ננומאני בעל ארבעה מצבים17. באופן דומה, טכנולוגיות הקלטה מגנטיות מהדור הבא נרדפות באמצעות הקלטה מגנטית בסיוע חום (HAMR), ומשיגות צפיפויות ליניאריות של 1975 kBPI וצפיפויות מסלול של 510 kTPI37. הצפיפות המוגברת הנדרשת כדי לאפשר אחסון נתונים גדול וקומפקטי יותר הביאה להפחתה משמעותית בגובה המסילה המוגדר של טכנולוגיות HMER, והדגישה את הצורך בהדמיית MFM ברזולוציה גבוהה.
בנוסף ל- ASIs ו- MSMAs, MFM שימש בהצלחה לאפיון ננו-חלקיקים מגנטיים שונים, ננומערכים וסוגים אחרים של דגימות מגנטיות 3,38,39. עם זאת, הרזולוציה והרגישות האולטימטיביות של MFM מוגבלות הן על ידי דברים שאינם בשליטת המשתמש (למשל, אלקטרוניקה לזיהוי AFM, טכנולוגיית בדיקה MFM, פיזיקה בסיסית וכו ‘) והן על ידי בחירה של פרמטרים וסביבה של הדמיה. בינתיים, גודל התכונות בהתקנים מגנטיים ממשיך לרדתב-40,41, מה שיוצר תחומים מגנטיים קטנים יותר, ובכך הופך את הדמיית MFM למאתגרת יותר ויותר. בנוסף, הדיפולים המגנטיים של העניין אינם תמיד מכוונים מחוץ למישור, במקביל לווקטור המגנטיזציה של הגשושית. הדמיה ברזולוציה גבוהה של שדות תועים הנובעים מקצוות של דיפולים בכיוון מישור או כמעט במישור, כפי שקורה במבני ASI המוצגים כאן, דורשת רגישות רבה יותר. השגת תמונות MFM ברזולוציה גבוהה, במיוחד של דגימות ממוגנטות כאלה במישור המורכבות מתחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי, תלויה אפוא בבחירה מתאימה של בדיקת MFM (למשל, עובי, כפייה ומומנט של הציפוי המגנטי, אשר לעתים יכול להיות מנוגד לשיפור הרגישות או הרזולוציה הרוחבית18 או שימור היישור המגנטי של הדגימה30 ), פרמטרי הדמיה (למשל, גובה הרמה ומשרעת תנודות, כאמור לעיל, כמו גם מזעור שחיקת ציפוי קצה במהלך הדמיית קו טופוגרפי), ואיכות הדגימה (למשל, חספוס וזיהום פני השטח, כולל ליטוש פסולת או מים עיליים עקב לחות הסביבה). בפרט, נוכחות של מים נספגים על פני הדגימה עקב לחות הסביבה יכולה להציג כוחות ואן דר ואלס חזקים של דגימת קצה שיכולים להפריע באופן משמעותי למדידת הכוחות המגנטיים ולהגביל את גובה ההרמה המינימלי הניתן להשגה עבור מדידות MFM. פעולת MFM בתוך תא כפפות אטמוספירה אינרטי מבטלת כמעט את כל מזהמי פני השטח, ומאפשרת גובה הרמה נמוך יותר ורזולוציה גבוהה יותר יחד עם רגישות רבה יותר. בהתאם לכך, בדוגמאות לדוגמה המוצגות כאן, נעשה שימוש במערכת AFM השוכנת בתוך תא כפפות אטמוספירה אינרטי מותאם אישית מלא בארגון (Ar) המכיל חמצן <0.1 ppm (O 2) ומים (H2O) כדי לאפשר גובה הרמה נמוך במיוחד (עד 10 ננומטר). זה מאפשר לאחר מכן הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה להפליא המסוגלת לפתור תחומים מגנטיים מתחלפים ברוחב <200 ננומטר בתוך תאום קריסטלוגרפי גדול יותר ודיפולים מגנטיים (מגנטים בר בקנה מידה ננומטרי) <100 ננומטר רוחב ו ~ 250 ננומטר.
מאמר זה מסביר כיצד לרכוש תמונות MFM ברזולוציה גבוהה וברגישות גבוהה על ידי שילוב של שימוש בתא כפפות אווירה אינרטי עם הכנת דגימה קפדנית ובחירה אופטימלית של פרמטרי הדמיה. השיטות המתוארות חשובות במיוחד להדמיית דיפולים בכיוון מישור, שבאופן מסורתי קשה לצפות בהם, ולכן תמונות MFM ברזולוציה גבוהה מוצגות הן של גבישי Ni-Mn-Ga MSMA המציגים תחומים מגנטיים ננומטריים שונים בתוך תאומים קריסטלוגרפיים ומעבר לגבולות תאומים, כמו גם מערכי ASI ננומגנטיים המיוצרים עם כיוון דיפול מגנטי במישור. חוקרים במגוון רחב של תחומים המעוניינים בהדמיית MFM ברזולוציה גבוהה יכולים להפיק תועלת משמעותית משימוש בפרוטוקול המתואר כאן, כמו גם מדיון באתגרים פוטנציאליים כגון ממצאים טופוגרפיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הדמיית MFM ברזולוציה גבוהה דורשת כי סריקת טופוגרפיה תואמת ברזולוציה גבוהה ובנאמנות גבוהה תירכש תחילה עבור כל שורה. סריקת טופוגרפיה זו מתקבלת בדרך כלל באמצעות מגע לסירוגין או מצב הקשה AFM, המשתמש במערכת משוב אפנון משרעת לטופוגרפיה של דגימות תמונה47. ניתן לייעל את הנאמנות של סריקת…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
כל הדמיות AFM/MFM בוצעו במעבדה למדעי פני השטח של אוניברסיטת בויס סטייט (SSL). מערכת תא הכפפות AFM ששימשה בעבודה זו נרכשה תחת מענק מספר 1727026 של הקרן הלאומית למדע מכשור מחקר ראשי (NSF MRI), אשר סיפק גם תמיכה חלקית עבור PHD, ACP ו- OOM. תמיכה חלקית עבור OOM סופקה גם על ידי NSF קריירה מענק מספר 1945650. המחקר באוניברסיטת דלאוור, כולל ייצור ואפיון מיקרוסקופיית אלקטרונים של מבני ספין-קרח מלאכותיים, נתמך על ידי מחלקת האנרגיה של ארה”ב, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, המחלקה למדעי החומרים וההנדסה תחת פרס DE-SC0020308. המחברים מודים לד”ר מדהה וליגטלה ולפיטר מולנר על דיונים מועילים והכנת דגימות Ni-Mn-Ga המוצגות כאן, כמו גם לד”ר קורי אפאו ולאנס פאטן על תרומתם לנוהל ההפעלה הסטנדרטי של MFM כולל בתיק המשלים 1.
Materials
| Atomic force microscope | Bruker | Dimension Icon | Uses Nanoscope control software |
| Glovebox, inert atmosphere | MBraun | LabMaster Pro MB200B + MB20G gas purification unit | Custom design (leaktight electrical feedthroughs, vibration isolation, acoustical noise and air current minimization, etc.) and depth for use with Bruker Dimension Icon AFM, 3 gloves, argon atmosphere |
| MFM probe | Bruker | MESP | k = 3 N/m, f0 = 75 kHz, r = 35 nm, 400 Oe coercivity, 1 x 10-13 EMU moment. An improved version with tighter specifications, the MESP-V2, is now available. We have also used Bruker's MESP-RC (2x higher resonance frequency than the standard MESP, f0 = 150 kHz, with a marginally stiffer nominal spring constant of 5 N/m) and other MESP variants designed for low (0.3 x 10-13 EMU) or high (3 x 10-13 EMU) moment (i.e., MESP-LM or MESP-HM, respectively) or coercivity. A variety pack of 10 probes containing 4x regular MESP, 3x MESP-LM, and 3x MESP-HM variants is available from Bruker as MESPSP. Other vendors also manufacture MFM probes with specifications similar to the MESP (e.g., PPP-MFMR from Nanosensors, also available in a variety of variants, including -LC for low coercivity, -LM for low moment, and SSS for "super sharp" decreased tip radius; MAGT from AppNano, available in low moment [-LM] and high moment [-HM] variants). Similarly, Team Nanotec offers a line of high resolution MFM probes (HR-MFM) with several options in terms of cantilever spring constant and magnetic coating thickness. |
| MFM test sample | Bruker | MFMSAMPLE | Section of magnetic recording tape mounted on a 12 mm diameter steel puck; useful for troubleshooting and ensuring the MFM probe is magnetized and functioning properly |
| Nanscope Analysis | Bruker | Version 2.0 | Free AFM image processing and analysis software package, but proprietary, designed for, and limited to Bruker AFMs; similar functionality is available from free, platform-independent AFM image processing and analysis software packages such as Gwyddion, WSxM, and others |
| Probe holder | Bruker | DAFMCH or DCHNM | Specific to the particular AFM used; DAFMCH is the standard contact and tapping mode probe holder, suitable for most MFM applications, while DCHNM is a special nonmagnet version for particularly sensitive MFM imaging |
| Probe magnetizer | Bruker | DMFM-START | MFM "starter kit" designed specifically for the Dimension Icon AFM; includes 1 box of 10 MESP probes (see above), a probe magnetizer (vertically aligned, ~2,000 Oe magnet in a mount designed to accommodate the DAFMCH or DCHNM probe holder, above), and a magnetic tape sample (MFMSAMPLE, above) |
| Sample Puck | Ted Pella | 16218 | Product number is for 15 mm diameter stainless steel sample puck. Also available in 6 mm, 10 mm, 12 mm, and 20 mm diameters at https://www.tedpella.com/AFM_html/AFM.aspx#anchor842459 |
| Scanning electron microscope (SEM) | Zeiss Merlin | Gemini II | SEM parameters: 5 keV accelaration voltage, 30 pA electron current, 5 mm working distance. Due to nm scale ASI lattice features, the aperture and stigmation alignment were adjusted before acquisition to produce high quality images. |
Riferimenti
- Martin, Y., Wickramasinghe, H. K. Magnetic imaging by ”force microscopy” with 1000 Å resolution. Applied Physics Letters. 50 (20), 1455-1457 (1987).
- Grütter, P., Mamin, H. J., Rugar, D., Wiesendanger, R., Guntherodt, H. -. J. . Scanning Tunneling Microscopy II: Further Applications and Related Scanning Techniques. , 151-207 (1992).
- Hartmann, U. Magnetic force microscopy. Annual Review of Materials Science. 29 (1), 53-87 (1999).
- Abelmann, L., vanden Bos, A., Lodder, C., Hopster, H., Oepen, H. P. . Magnetic Microscopy of Nanostructures. , 253-283 (2005).
- Abelmann, L., Lindon, J. C., Tranter, G. E., Koppenaal, D. W. . Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition). , 675-684 (2017).
- Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. Atomic force microscope. Physical Review Letters. 56 (9), 930-933 (1986).
- Eaton, P., West, P. . Atomic Force Microscopy. , (2010).
- Garcia, R. Nanomechanical mapping of soft materials with the atomic force microscope: methods, theory and applications. Chemical Society Reviews. 49 (16), 5850-5884 (2020).
- Zhang, H., et al. Atomic force microscopy for two-dimensional materials: A tutorial review. Optics Communications. 406, 3-17 (2018).
- Jagtap, R., Ambre, A. Overview literature on atomic force microscopy (AFM): Basics and its important applications for polymer characterization. Indian Journal of Engineering & Materials Sciences. 13, 368-384 (2006).
- Rugar, D., et al. Magnetic force microscopy: General principles and application to longitudinal recording media. Journal of Applied Physics. 68 (3), 1169-1183 (1990).
- Ladak, S., Read, D., Perkins, G., Cohen, L., Branford, W. Direct observation of magnetic monopole defects in an artificial spin-ice system. Nature Physics. 6 (5), 359-363 (2010).
- Porro, J., Bedoya-Pinto, A., Berger, A., Vavassori, P. Exploring thermally induced states in square artificial spin-ice arrays. New Journal of Physics. 15 (5), 055012 (2013).
- Davis, P. H., et al. Localized deformation in Ni-Mn-Ga single crystals. Journal of Applied Physics. 123 (21), 215102 (2018).
- Reinhold, M., Kiener, D., Knowlton, W. B., Dehm, G., Müllner, P. Deformation twinning in Ni-Mn-Ga micropillars with 10M martensite. Journal of Applied Physics. 106 (5), 053906 (2009).
- Reinhold, M., Watson, C., Knowlton, W. B., Müllner, P. Transformation twinning of Ni-Mn-Ga characterized with temperature-controlled atomic force microscopy. Journal of Applied Physics. 107 (11), 113501 (2010).
- Watson, C. S., Hollar, C., Anderson, K., Knowlton, W. B., Müllner, P. Magnetomechanical four-state memory. Advanced Functional Materials. 23 (32), 3995-4001 (2013).
- Al-Khafaji, M. A., Rainforth, W. M., Gibbs, M. R. J., Bishop, J. E. L., Davies, H. A. The effect of tip type and scan height on magnetic domain images obtained by MFM. IEEE Transactions on Magnetics. 32 (5), 4138-4140 (1996).
- Kaffash, M. T., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Nanomagnonics with artificial spin ice. Physics Letters A. 402, 127364 (2021).
- Skjærvø, S. H., Marrows, C. H., Stamps, R. L., Heyderman, L. J. Advances in artificial spin ice. Nature Reviews Physics. 2 (1), 13-28 (2020).
- Wang, R., et al. Artificial ‘spin ice’ in a geometrically frustrated lattice of nanoscale ferromagnetic islands. Nature. 439 (7074), 303-306 (2006).
- Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Magnetization dynamics in artificial spin ice. Journal of Physics: Condensed Matter. 32 (1), 013001 (2019).
- May, A., et al. Magnetic charge propagation upon a 3D artificial spin-ice. Nature Communications. 12 (1), 3217 (2021).
- Gliga, S., Iacocca, E., Heinonen, O. G. Dynamics of reconfigurable artificial spin ice: Toward magnonic functional materials. APL Materials. 8 (4), 040911 (2020).
- Sklenar, J., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B., Stamps, R. L., Schultheiß, H. . Solid State Physics. 70, 171-235 (2019).
- Nisoli, C., Moessner, R., Schiffer, P. Colloquium: Artificial spin ice: Designing and imaging magnetic frustration. Reviews of Modern Physics. 85 (4), 1473 (2013).
- Zhang, X., et al. Understanding thermal annealing of artificial spin ice. APL Materials. 7 (11), 111112 (2019).
- Lendinez, S., Kaffash, M. T., Jungfleisch, M. B. Emergent spin dynamics enabled by lattice interactions in a bicomponent artificial spin ice. Nano Letters. 21 (5), 1921-1927 (2021).
- Goryca, M., et al. Magnetic-field-dependent thermodynamic properties of square and quadrupolar artificial spin ice. Physical Review B. 105 (9), 094406 (2022).
- Gartside, J. C., et al. Realization of ground state in artificial kagome spin ice via topological defect-driven magnetic writing. Nature Nanotechnology. 13 (1), 53-58 (2018).
- Straka, L., Fekete, L., Heczko, O. Antiphase boundaries in bulk Ni-Mn-Ga Heusler alloy observed by magnetic force microscopy. Applied Physics Letters. 113 (17), 172901 (2018).
- Straka, L., Fekete, L., Rameš, M., Belas, E., Heczko, O. Magnetic coercivity control by heat treatment in Heusler Ni-Mn-Ga (-B) single crystals. Acta Materialia. 169, 109-121 (2019).
- Sozinov, A., Lanska, N., Soroka, A., Zou, W. 12% magnetic field-induced strain in Ni-Mn-Ga-based non-modulated martensite. Applied Physics Letters. 102 (2), 021902 (2013).
- Ullakko, K., Huang, J., Kantner, C., O’Handley, R., Kokorin, V. Large magnetic-field-induced strains in Ni2MnGa single crystals. Applied Physics Letters. 69 (13), 1966-1968 (1996).
- Heczko, O. Magnetic shape memory effect and highly mobile twin boundaries. Materials Science and Technology. 30 (13), 1559-1578 (2014).
- Niklasch, D., Maier, H., Karaman, I. Design and application of a mechanical load frame for in situ investigation of ferromagnetic shape memory alloys by magnetic force microscopy. Review of Scientific Instruments. 79 (11), 113701 (2008).
- Wu, A. Q., et al. HAMR areal density demonstration of 1+ Tbpsi on spinstand. IEEE Transactions on Magnetics. 49 (2), 779-782 (2013).
- Sifford, J., Walsh, K. J., Tong, S., Bao, G., Agarwal, G. Indirect magnetic force microscopy. Nanoscale Advances. 1 (6), 2348-2355 (2019).
- Koblischka, M., Hartmann, U. Recent advances in magnetic force microscopy. Ultramicroscopy. 97 (1-4), 103-112 (2003).
- Kief, M., Victora, R. Materials for heat-assisted magnetic recording. MRS Bulletin. 43 (2), 87-92 (2018).
- Kautzky, M. C., Blaber, M. G. Materials for heat-assisted magnetic recording heads. MRS Bulletin. 43 (2), 100-105 (2018).
- Jungfleisch, M., et al. Dynamic response of an artificial square spin ice. Physical Review B. 93 (10), 100401 (2016).
- Heyderman, L. J., Stamps, R. L. Artificial ferroic systems: novel functionality from structure, interactions and dynamics. Journal of Physics: Condensed Matter. 25 (36), 363201 (2013).
- Kaffash, M. T., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Tailoring ferromagnetic resonance in bicomponent artificial spin ices. 2021 IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Communications and Electronic Systems (COMCAS). , 500-503 (2021).
- Lai, Y., et al. Absence of magnetic domain wall motion during magnetic field induced twin boundary motion in bulk magnetic shape memory alloys. Applied Physics Letters. 90 (19), 192504 (2007).
- Venkateswaran, S., Nuhfer, N., De Graef, M. Magnetic domain memory in multiferroic Ni2MnGa. Acta Materialia. 55 (16), 5419-5427 (2007).
- Garcia, R., San Paulo, A. Attractive and repulsive tip-sample interaction regimes in tapping-mode atomic force microscopy. Physical Review B. 60 (7), 4961 (1999).
- Thormann, E., Pettersson, T., Kettle, J., Claesson, P. M. Probing material properties of polymeric surface layers with tapping mode AFM: Which cantilever spring constant, tapping amplitude and amplitude set point gives good image contrast and minimal surface damage. Ultramicroscopy. 110 (4), 313-319 (2010).
- Xue, B., Yan, Y., Hu, Z., Zhao, X. Study on effects of scan parameters on the image quality and tip wear in AFM tapping mode. Scanning: The Journal of Scanning Microscopies. 36 (2), 263-269 (2014).
- Hon, K., et al. Numerical simulation of artificial spin ice for reservoir computing. Applied Physics Express. 14 (3), 033001 (2021).
- Jensen, J. H., Folven, E., Tufte, G. Computation in artificial spin ice. ALIFE 2018: The 2018 Conference on Artificial Life. , 15-22 (2018).
- Barker, S., Rhoads, E., Lindquist, P., Vreugdenhil, M., Müllner, P. Magnetic shape memory micropump for submicroliter intracranial drug delivery in rats. Journal of Medical Devices. 10 (4), (2016).
- Gartside, J. C., et al. Reconfigurable training and reservoir computing in an artificial spin-vortex ice via spin-wave fingerprinting. Nature Nanotechnology. 17 (5), 406-469 (2022).
