[發(fā)明專利]一種磁力顯微鏡差分磁力顯微成像方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410809108.5
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104502635A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 王作斌;王瑩;劉勁蕓;侯麗偉;董莉彤;宋正勛;翁占坤
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01Q60/50
• 分類號: G01Q60/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁力顯微鏡差分磁力顯微成像方法。

背景技術(shù)

隨著納米科技的不斷發(fā)展，磁性材料的研究已經(jīng)從宏觀材料逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米材料，磁學的研究已經(jīng)步入納米磁學的研究時代，各種磁檢測技術(shù)也相繼被提出，如粉紋法、x射線形貌學法、磁光效應法以及透射電鏡顯微術(shù)等。由于需要在高真空環(huán)境條件下工作以及制樣復雜等特點，這些傳統(tǒng)的檢測技術(shù)存在著許多不足，從而不能滿足目前工作上的需求。作為掃描探針顯微鏡的一種，磁力顯微鏡(MFM)是在原子力顯微鏡(AFM)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的分辨率非常高，在有效克服傳統(tǒng)檢測方法所具有不足的同時，所測式樣不需要特殊制備。近年來隨著薄膜材料、納米磁性材料研究的不斷開展，MFM在材料研究中的應用越來越廣泛，并且對磁性納米材料的發(fā)展也有著非常重要的意義。

磁力顯微鏡是掃描力顯微鏡的一種，主要用來探測樣品表面精細的磁疇分布，從誕生以來一直被廣泛應用在微磁領(lǐng)域。磁力顯微鏡的空間分辨率可以達到10nm-50nm，可以同時對有非磁覆蓋層或者不透明的樣品進行測量，并且能夠工作在任意的環(huán)境中。磁力與樣品表面的范德華力不同，它屬于長程力。磁力顯微鏡的探針與普通AFM的探針相比也有所不同，區(qū)別在于探針表面鍍有一定厚度的磁性薄膜，當針尖在磁性樣品表面以不變的高度沿著第一次掃描的形貌軌跡進行掃描時，探針能夠很容易測量出雜散磁場在磁性材料表面的分布情況。因而，通過探測針尖與樣品間磁力梯度的分布，就能得到樣品表面雜散的磁結(jié)構(gòu)。

為不斷改善磁力顯微鏡的成像質(zhì)量，人們采用了各種成像方法，例如特殊探針的制造，采取先進的掃描方式等。H.S.Huang和Koblishka各小組分別使用聚焦離子束制造了具有高深寬比的針尖，Kirtley等人也使用了碳納米管針尖改善磁力顯微鏡的圖像分辨率，Koblischka小組使用電子束制造針尖來減少軟磁結(jié)構(gòu)效應并獲得了高的空間分辨率圖像。然而這些方法都會由于背景力的存在而受到限制。在磁力顯微鏡測量信號中，由于探針抬起高度很低，靜電力和范德華力等一些微觀背景力都會同時被探針檢測到，所以通常所得到的磁力像受到非磁信號和磁信號的共同作用，從而很有必要將它們分開得到純的磁力信號，這對于研究材料微觀結(jié)構(gòu)和磁疇結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是很有用的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁力顯微鏡差分磁力顯微成像方法，排除磁力顯微鏡掃描過程中背景力對磁力像的干擾，提高了磁力像的對比度和信噪比，獲得樣品的高質(zhì)量磁力像。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種磁力顯微鏡差分磁力顯微成像方法，其特征在于：采用外加磁場對同一探針進行兩次相反方向的磁化并對樣品的同一位置進行掃描，用圖像匹配對兩幅圖像進行準確定位，然后將獲得準確位置信息的兩幅磁力像進行差分運算，排除背景力對磁力像的干擾，獲得高質(zhì)量的磁力像；

具體包括以下幾個步驟：

步驟1：將磁性探針置于兩個磁極產(chǎn)生的磁場中進行磁化；

步驟2：用磁化后的磁性探針對磁性樣品進行掃描，獲得第一幅樣品表面磁力像；

步驟3：將磁場逆轉(zhuǎn)，對探針實行反向磁化；

步驟4：用磁性反轉(zhuǎn)的探針對樣品進行第二次掃描，獲得第二幅樣品表面磁力像；

步驟5：用圖像匹配對兩幅圖像進行準確定位；

步驟6：將獲得準確位置信息的兩幅磁力像進行差分運算，獲得最后的差分磁力像。

所述的磁力顯微鏡差分磁力成像需要的外加磁場采用的是一對磁極，探針被放入由一對磁極產(chǎn)生的磁場中進行磁化，完成第一次掃描后將磁極方向逆轉(zhuǎn)，對探針進行反向磁化。

所述的磁力顯微鏡差分磁力成像采用差分運算方法，用相反磁化方向的探針對樣品進行掃描獲得磁力像進行的差分運算。

所述的磁力顯微鏡差分磁力成像排除的背景力包括范德華力和靜電力等不受磁化方向逆轉(zhuǎn)所影響的力。

不受磁化方向逆轉(zhuǎn)所影響的力。

其他不受磁化方向逆轉(zhuǎn)所影響的力。

所述的磁力顯微鏡差分磁力成像的高質(zhì)量表現(xiàn)在信噪比的提高。

所述的磁力顯微鏡差分磁力成像的高質(zhì)量表現(xiàn)在對比度的改善。

本發(fā)明與現(xiàn)有的方法比有以下優(yōu)點：

(1)通過兩幅磁力像的差分運算，將磁力像中包含的背景力排除，得到真實的磁力像；

(2)獲得差分磁力像的對比度和信噪比都得到提高，通過實驗數(shù)據(jù)表明，處理前的圖像對比度由原來的0.69，0.51變?yōu)?.86。

附圖說明