JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Оптимизация разрешения и чувствительности магнитно-силовой микроскопии для визуализации наноразмерных магнитных доменов

Published: July 20, 2022
doi:
10.3791/64180
, , , ,
1Micron School of Materials Science & Engineering,Boise State University, 2Department of Physics and Astronomy,University of Delaware, 3Center for Advanced Energy Studies

Summary

Магнитно-силовая микроскопия (MFM) использует вертикально намагниченный атомно-силовой микроскопический зонд для измерения топографии образца и напряженности локального магнитного поля с наноразмерным разрешением. Оптимизация пространственного разрешения и чувствительности MFM требует балансировки уменьшающейся высоты подъема с увеличением амплитуды привода (колебаний) и преимущества работы в перчаточном ящике в инертной атмосфере.

Abstract

Магнитно-силовая микроскопия (MFM) позволяет отображать локальные магнитные поля на поверхности образца с наноразмерным разрешением. Для выполнения MFM зонд атомно-силовой микроскопии (AFM), наконечник которого был намагничен вертикально (т.е. перпендикулярен кантилеверу зонда), колеблется на фиксированной высоте над поверхностью образца. Результирующие сдвиги в фазе или частоте колебаний, которые пропорциональны величине и знаку вертикального градиента магнитной силы в каждом месте пикселя, затем отслеживаются и отображаются. Хотя пространственное разрешение и чувствительность метода увеличиваются с уменьшением высоты подъема над поверхностью, этот, казалось бы, простой путь к улучшенным изображениям MFM осложняется такими соображениями, как минимизация топографических артефактов из-за более короткого диапазона сил Ван-дер-Ваальса, увеличение амплитуды колебаний для дальнейшего улучшения чувствительности и присутствие поверхностных загрязнений (в частности, воды из-за влажности в условиях окружающей среды). Кроме того, из-за ориентации магнитного дипольного момента зонда MFM по своей сути более чувствителен к образцам с вектором намагниченности вне плоскости. Здесь представлены топографические и магнитно-фазовые изображения с высоким разрешением одноместных и двухкомпонентных наномагнитных искусственных спин-ледяных (АСИ), полученных в перчаточном ящике инертной (аргоновой) атмосферы с <0,1 ppm O2 и H2O. Обсуждается оптимизация высоты подъема и амплитуды привода для высокого разрешения и чувствительности при одновременном избежании введения топографических артефактов, а также показано обнаружение блуждающих магнитных полей, исходящих от любого конца наноразмерных стержневых магнитов (~250 нм длиной и шириной <100 нм), выровненных в плоскости поверхности образца ASI. Аналогичным образом, используя пример никель-Mn-Ga магнитного сплава с памятью формы (MSMA), MFM демонстрируется в инертной атмосфере с магнитно-фазовой чувствительностью, способной разрешать ряд смежных магнитных доменов шириной ~ 200 нм.

Introduction

Магнитно-силовая микроскопия (MFM), сканирующая зондовая микроскопия (SPM), производная атомно-силовой микроскопии (AFM), позволяет визуализировать относительно слабые, но большие магнитные силы, испытываемые намагниченным наконечником зонда, когда он перемещается над поверхностью образца 1,2,3,4,5. AFM – это метод неразрушающей характеризации, который использует наконечник нанометрового масштаба на конце податливого консольного аппарата для отображения топографии поверхности6, а также для измерения свойств материала (например, механических, электрических и магнитных) 7,8,9 с наноразмерным разрешением. Отклонение консольного аппарата из-за интересующих взаимодействий кончик-образец измеряется путем отражения лазера от задней части консольного аппарата и в чувствительный к положению фотодиод10. Визуализация с высоким разрешением локальных магнитных свойств материала с помощью MFM предоставляет уникальную возможность охарактеризовать напряженность и ориентацию магнитного поля в новых материалах, структурах и устройствах на наноуровне 4,5,11,12,13,14,15,16,17 . Для выполнения MFM зонд AFM, наконечник которого был намагничен вертикально (т.е. перпендикулярен кантилеверу зонда и поверхности образца), механически колеблется на частоте естественного резонанса на фиксированной высоте над поверхностью образца. Результирующие изменения амплитуды колебаний (менее чувствительные и, следовательно, менее распространенные), частоты или фазы (описанные здесь) затем контролируются для качественного измерения напряженности магнитного поля. Более конкретно, частотная модуляция MFM создает карту сдвигов в частоте или фазе колебаний, пропорциональную величине и знаку магнитного градиента силы, испытываемого зондом. Для поддержания постоянной высоты над образцом во время измерений MFM обычно используется двухпроходный режим работы. Топография образца сначала отображается с помощью стандартных методов AFM, за которыми следует чередование MFM-визуализации каждой последовательной линии сканирования на определяемой пользователем высоте подъема (от десятков до сотен нм) от поверхности образца. Использование такого режима двухпроходной съемки с чередованием позволяет отделить взаимодействия Ван дер Ваальса с малым диапазоном наконечника и образца, используемые для отображения топографии, от относительно больших магнитных сил, испытываемых во время прохода в режиме чередования подъема. Тем не менее, пространственное разрешение MFM увеличивается с уменьшением высоты подъема18, поэтому существует внутреннее напряжение между увеличением разрешения MFM и избеганием топографических артефактов из-за сил Ван-дер-Ваальса. Аналогичным образом, чувствительность MFM пропорциональна амплитуде колебаний во время прохождения режима подъема, но максимально допустимая амплитуда колебаний ограничена высотой подъема и быстрыми изменениями топографии образца (т.е. высоким соотношением сторон).

Недавние исследования выявили богатство возможностей, связанных с применением наномагнетизма и наноманьоники, разработанных с помощью искусственных структур спин-льда (ASI) и магнонических кристаллов, в качестве функционирующих устройств для логики, вычислений, шифрования и хранения данных 19,20,21,22 . Состоящие из наномагнитов, расположенных в отдельных расширенных решетчатых образованиях, искусственные спиновые льды демонстрируют возникающие магнитные диполи или монополи, которыми можно управлять с помощью внешнего стимула 19,20,23,24,25. В общем, ASIs предпочитают моментальную конфигурацию, которая минимизирует энергию (например, в двумерном (2D) квадрате ASI, два момента точки в и две точки из каждой вершины), с низкоэнергетическими микросостояниями, следующими правилам, аналогичным кристаллическим спин-ледяным материалам 21,26,27,28 . Аналогичным образом, недавнее исследование с поддержкой MFM продемонстрировало трехмерную (3D) решетчатую систему ASI, построенную из редкоземельных спинов, расположенных на тетраэдрах с разделением углов, где два спина указывают к центру тетраэдры и два спина указывают, в результате чего два равных и противоположных магнитных диполя и, следовательно, чистый нулевой магнитный заряд в центрах тетраэдров23 . В зависимости от выравнивания приложенного магнитного поля относительно поверхности образца наблюдались значительные различия в магнитном упорядочении и длине корреляции. Таким образом, выравнивание и контроль диполей ASI требуют дальнейшего изучения. Методы измерения распределения магнитного поля АСИ включали использование магнитооптического шумового спектрометра29 или рентгеновской магнитной круговой дихроизмной фотоэмиссионной электронной микроскопии (XMCD-PEEM)25; однако для достижения пространственного разрешения, равного или превышающего разрешение MFM с XMCD-PEEM, требуются чрезвычайно короткие длины волн (т.е. высокоэнергетические рентгеновские лучи). MFM предлагает гораздо более простую технику определения характеристик, которая не требует воздействия на образцы потенциально опасных высокоэнергетических рентгеновских лучей. Кроме того, MFM был использован не только для характеристики микросостояний ASI 21,23,27, но и для топологической магнитной записи, управляемой дефектами, с использованием наконечников30 с высоким магнитным моментом. Соответственно, MFM может играть жизненно важную роль в продвижении исследований и разработок ASI, в частности, благодаря своей способности коррелировать топографию образца с напряженностью и ориентацией магнитного поля, тем самым выявляя магнитные диполи, связанные с конкретными топографическими особенностями (т.е. элементами решетки ASI).

MFM с высоким разрешением также дает значительное представление о взаимосвязи между структурой ферромагнитных сплавов с памятью формы и их наноразмерными магнитомеханическими свойствами 14,17,31,32,33. Ферромагнитные сплавы с памятью формы, обычно называемые магнитными сплавами с памятью формы (MSMA), демонстрируют большие (до 12%) деформации, индуцированные магнитным полем, переносимые через двойное граничное движение 29,33,34,35. Методы MFM были использованы для исследования сложных взаимосвязей между побратимством во время деформации и мартенситным преобразованием, углублением, микростолповой деформацией и наноразмерными магнитными реакциями MSMA 15,16,17,36. Особо следует отметить, что MFM был объединен с наноиндентированием для создания и считывания четырехступенчатой наноразмерной магнитомеханической памяти17. Аналогичным образом, технологии магнитной записи следующего поколения реализуются с помощью магнитной записи с помощью тепла (HAMR), достигая линейной плотности 1975 kBPI и плотности трека 510 kTPI37. Повышенная плотность площади, необходимая для обеспечения более компактного хранения данных, привела к значительному снижению заданного шага трека технологий HAMR, что подчеркивает потребность в изображениях MFM с высоким разрешением.

В дополнение к ASIs и MSMA, MFM успешно используется для характеристики различных магнитных наночастиц, наночипов и других типов магнитных образцов 3,38,39. Однако предельное разрешение и чувствительность MFM ограничены как вещами, находящимися вне контроля пользователя (например, электроникой обнаружения AFM, технологией зонда MFM, базовой физикой и т. Д.), Так и выбором параметров изображения и окружающей среды. Между тем, размеры признаков в магнитных устройствах продолжают уменьшаться на40,41, создавая меньшие магнитные домены, что делает визуализацию MFM все более сложной. Кроме того, магнитные диполи, представляющие интерес, не всегда ориентированы вне плоскости, параллельно вектору намагниченности зонда. Визуализация с высоким разрешением блуждающих полей, исходящих от концов плоских или почти плоских ориентированных диполей, как в случае с структурами ASI, показанными здесь, требует большей чувствительности. Таким образом, получение изображений MFM с высоким разрешением, особенно таких плоских намагниченных образцов, состоящих из наноразмерных магнитных доменов, зависит от соответствующего выбора зонда MFM (например, толщины, коэрцитивности и момента магнитного покрытия, которые иногда могут противоречить улучшению чувствительности или боковому разрешению18 или сохранению магнитного выравнивания образца30 ), параметры изображения (например, высота подъема и амплитуда колебаний, как упоминалось выше, а также минимизация износа покрытия наконечника во время топографической линейной визуализации) и качество образца (например, шероховатость и загрязнение поверхности, включая полировку мусора или поверхностных вод из-за влажности окружающей среды). В частности, присутствие воды, адсорбированной на поверхности образца из-за влажности окружающей среды, может привести к сильным силам Ван-дер-Ваальса, которые могут значительно помешать измерению магнитных сил и ограничить минимальную достижимую высоту подъема для измерений MFM. Работа MFM в перчаточном ящике инертной атмосферы устраняет почти все поверхностные загрязнения, обеспечивая более низкую высоту подъема и более высокое разрешение в сочетании с большей чувствительностью. Соответственно, в примерах, показанных здесь, система AFM, размещенная в пользовательском перчаточном ящике инертной атмосферы, заполненном аргоном (Ar), содержащим кислород <0,1 ppm (O2) и воду (H2O), была использована для обеспечения чрезвычайно низкой высоты подъема (до 10 нм). Впоследствии это позволяет получать изображения MFM с высоким разрешением, способные разрешать переменные магнитные домены шириной <200 нм в более крупном кристаллографическом двойнике и магнитных диполях (наноразмерных стержневых магнитах) шириной <100 нм и длиной ~ 250 нм.

В этой статье объясняется, как получить изображения MFM с высоким разрешением и высокой чувствительностью, сочетая использование перчаточного ящика инертной атмосферы с тщательной подготовкой образцов и оптимальным выбором параметров визуализации. Описанные методы особенно ценны для визуализации плоских ориентированных диполей, которые традиционно трудно наблюдать, и поэтому представлены примерные изображения MFM с высоким разрешением как кристаллов Ni-Mn-Ga MSMA, демонстрирующих различные наноразмерные магнитные домены в кристаллографических близнецах и через двойные границы, так и наномагнитные массивы ASI, изготовленные с плоской магнитной дипольной ориентацией. Исследователи в самых разных областях, желающие получить изображения с высоким разрешением MFM, могут значительно извлечь выгоду из использования протокола, описанного здесь, а также обсуждения потенциальных проблем, таких как топографические артефакты.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: В дополнение к приведенному ниже протоколу в качестве дополнительного файла 1 включена подробная пошаговая стандартная операционная процедура (СОП) MFM, относящаяся к используемому здесь прибору и ориентированная на общую визуализацию MFM. Чтобы дополнить видео-час?…

Representative Results

Решетки с искусственным спин-льдом (ASI)Искусственные спиновые льды представляют собой литографически определенные двумерные сети взаимодействующих наномагнитов. Они демонстрируют разочарование по замыслу (т.е. существование многих локальных минимумов в энергетическом ла…

Discussion

Для каждой линии с помощью изображений MFM с высоким разрешением требуется соответствующее топографическое сканирование с высоким разрешением и высокой точностью. Это топографическое сканирование обычно получается с помощью прерывистого контакта или режима постукивания AFM, в котором…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Все изображения AFM / MFM были выполнены в Лаборатории поверхностных наук Университета штата Бойсе (SSL). Система AFM перчаточного ящика, используемая в этой работе, была приобретена в рамках гранта Национального научного фонда Major Research Instrumentation (NSF MRI) 1727026, который также обеспечивал частичную поддержку PHD, ACP и OOM. Частичная поддержка OOM была также оказана грантом NSF CAREER Под номером 1945650. Исследования в Университете штата Делавэр, включая изготовление и электронную микроскопию, характеризуют искусственные спин-ледяные структуры, были поддержаны Министерством энергетики США, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отдел материаловедения и инженерии под премией DE-SC0020308. Авторы благодарят докторов Медху Велигатлу и Петера Мюльнера за полезные обсуждения и подготовку образцов Ni-Mn-Ga, показанных здесь, а также д-ра Кори Эфау и Лэнса Паттена за их вклад в стандартную операционную процедуру MFM, в том числе в Дополнительном файле 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.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Martin, Y., Wickramasinghe, H. K. Magnetic imaging by ”force microscopy” with 1000 Å resolution. Applied Physics Letters. 50 (20), 1455-1457 (1987).
  2. 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).
  3. Hartmann, U. Magnetic force microscopy. Annual Review of Materials Science. 29 (1), 53-87 (1999).
  4. Abelmann, L., vanden Bos, A., Lodder, C., Hopster, H., Oepen, H. P. . Magnetic Microscopy of Nanostructures. , 253-283 (2005).
  5. Abelmann, L., Lindon, J. C., Tranter, G. E., Koppenaal, D. W. . Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition). , 675-684 (2017).
  6. Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. Atomic force microscope. Physical Review Letters. 56 (9), 930-933 (1986).
  7. Eaton, P., West, P. . Atomic Force Microscopy. , (2010).
  8. Garcia, R. Nanomechanical mapping of soft materials with the atomic force microscope: methods, theory and applications. Chemical Society Reviews. 49 (16), 5850-5884 (2020).
  9. Zhang, H., et al. Atomic force microscopy for two-dimensional materials: A tutorial review. Optics Communications. 406, 3-17 (2018).
  10. 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).
  11. Rugar, D., et al. Magnetic force microscopy: General principles and application to longitudinal recording media. Journal of Applied Physics. 68 (3), 1169-1183 (1990).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Davis, P. H., et al. Localized deformation in Ni-Mn-Ga single crystals. Journal of Applied Physics. 123 (21), 215102 (2018).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Watson, C. S., Hollar, C., Anderson, K., Knowlton, W. B., Müllner, P. Magnetomechanical four-state memory. Advanced Functional Materials. 23 (32), 3995-4001 (2013).
  18. 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).
  19. Kaffash, M. T., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Nanomagnonics with artificial spin ice. Physics Letters A. 402, 127364 (2021).
  20. 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).
  21. Wang, R., et al. Artificial ‘spin ice’ in a geometrically frustrated lattice of nanoscale ferromagnetic islands. Nature. 439 (7074), 303-306 (2006).
  22. Lendinez, S., Jungfleisch, M. B. Magnetization dynamics in artificial spin ice. Journal of Physics: Condensed Matter. 32 (1), 013001 (2019).
  23. May, A., et al. Magnetic charge propagation upon a 3D artificial spin-ice. Nature Communications. 12 (1), 3217 (2021).
  24. Gliga, S., Iacocca, E., Heinonen, O. G. Dynamics of reconfigurable artificial spin ice: Toward magnonic functional materials. APL Materials. 8 (4), 040911 (2020).
  25. Sklenar, J., Lendinez, S., Jungfleisch, M. B., Stamps, R. L., Schultheiß, H. . Solid State Physics. 70, 171-235 (2019).
  26. Nisoli, C., Moessner, R., Schiffer, P. Colloquium: Artificial spin ice: Designing and imaging magnetic frustration. Reviews of Modern Physics. 85 (4), 1473 (2013).
  27. Zhang, X., et al. Understanding thermal annealing of artificial spin ice. APL Materials. 7 (11), 111112 (2019).
  28. 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).
  29. Goryca, M., et al. Magnetic-field-dependent thermodynamic properties of square and quadrupolar artificial spin ice. Physical Review B. 105 (9), 094406 (2022).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Heczko, O. Magnetic shape memory effect and highly mobile twin boundaries. Materials Science and Technology. 30 (13), 1559-1578 (2014).
  36. 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).
  37. Wu, A. Q., et al. HAMR areal density demonstration of 1+ Tbpsi on spinstand. IEEE Transactions on Magnetics. 49 (2), 779-782 (2013).
  38. Sifford, J., Walsh, K. J., Tong, S., Bao, G., Agarwal, G. Indirect magnetic force microscopy. Nanoscale Advances. 1 (6), 2348-2355 (2019).
  39. Koblischka, M., Hartmann, U. Recent advances in magnetic force microscopy. Ultramicroscopy. 97 (1-4), 103-112 (2003).
  40. Kief, M., Victora, R. Materials for heat-assisted magnetic recording. MRS Bulletin. 43 (2), 87-92 (2018).
  41. Kautzky, M. C., Blaber, M. G. Materials for heat-assisted magnetic recording heads. MRS Bulletin. 43 (2), 100-105 (2018).
  42. Jungfleisch, M., et al. Dynamic response of an artificial square spin ice. Physical Review B. 93 (10), 100401 (2016).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. Venkateswaran, S., Nuhfer, N., De Graef, M. Magnetic domain memory in multiferroic Ni2MnGa. Acta Materialia. 55 (16), 5419-5427 (2007).
  47. 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).
  48. 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).
  49. 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).
  50. Hon, K., et al. Numerical simulation of artificial spin ice for reservoir computing. Applied Physics Express. 14 (3), 033001 (2021).
  51. Jensen, J. H., Folven, E., Tufte, G. Computation in artificial spin ice. ALIFE 2018: The 2018 Conference on Artificial Life. , 15-22 (2018).
  52. 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).
  53. 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).

Tags

Magnetic Force MicroscopyMFMNanoscaleMagnetic DomainsSpin-wave ComputingArtificial Spin IcesMagnetization TexturesHigh-resolution MFMAFM ProbeMagnetic CoatingVertically MagnetizedLaser AlignmentPosition-sensitive DetectorSample Holder
check_url/64180?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Parker, A. C., Maryon, O. O., Kaffash, M. T., Jungfleisch, M. B., Davis, P. H. Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains. J. Vis. Exp. (185), e64180, doi:10.3791/64180 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image