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新成果！新型磁力顯微鏡探針問世，側(cè)向分辨率及力學(xué)穩(wěn)定性再提升
論文題目：Additive Manufacturing of Co3Fe Nano-Probes for Magnetic Force Microscopy
發(fā)表期刊：Nanomaterials IF: 5.3
DOI: https://doi.org/10.3390/nano13071217
【引言】
磁力顯微鏡（MFM）是一種先進(jìn)的原子力顯微方法，它可以對(duì)樣品表面的局部磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行表征，通常被用于磁性薄膜材料、磁斯格明子、磁渦和其他納米材料磁學(xué)特性的研究。MFM的測(cè)量非常依賴磁學(xué)AFM探針。傳統(tǒng)情況下，MFM探針是通過在非磁性探針上沉積磁性材料而實(shí)現(xiàn)的。然而，這種方法所制備的MFM探針存在著側(cè)向分辨率低和磁性材料涂層界面力學(xué)性能不穩(wěn)定等問題。這些問題，給MFM探針指明了新的發(fā)展方向。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，格拉茨技術(shù)大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)通過聚焦電子束誘導(dǎo)沉積（FEBID）的方式制備了基于Co3Fe磁性材料，具有納米級(jí)尖丶端尺寸的MFM探針。所制備MFM探針的化學(xué)和結(jié)構(gòu)通過透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)行表征。此外，課題組還利用FusionScope多功能顯微鏡研究了通過FEBID方法制備的MFM探針在測(cè)量中的耐磨性以及長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性。通過在不同環(huán)境下的測(cè)試，課題組發(fā)現(xiàn)通過FEBID方法所制備的MFM磁性探針依然具有優(yōu)異的表現(xiàn)。相關(guān)工作以《Additive Manufacturing of Co3Fe Nano-Probes for Magnetic Force Microscopy 》為題在SCI期刊《Nanomaterials 》上發(fā)表。
文中使用的FusionScope多功能顯微鏡采用AFM+SEM原位同步聯(lián)用技術(shù)，可在同一用戶界面、同一位置進(jìn)行AFM和SEM的互補(bǔ)性綜合測(cè)量。同時(shí)，AFM還可輕松實(shí)現(xiàn)高級(jí)工作模式如：力曲線、導(dǎo)電原子力顯微鏡（C-AFM）和磁力顯微鏡（MFM）等，以滿足不同測(cè)量需求。其原位進(jìn)行0°-80°AFM與樣品臺(tái)同時(shí)旋轉(zhuǎn)功能，可以無盲區(qū)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形貌樣品的測(cè)量。
FusionScope多功能顯微鏡設(shè)備圖
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 通過FEBID方法制備基于Co3Fe磁性材料的MFM探針的示意圖。（a）實(shí)驗(yàn)中所選用的無針尖壓電探針。（b）5keV，5.2pA條件下制備的納米結(jié)構(gòu)。（c）Co3Fe磁性材料的空心微錐結(jié)構(gòu)。（d）錐形結(jié)構(gòu)的制備方法。（e）通過（d）中的策略所制備的針尖。（f）通過上述方法所制備的半徑為10nm的針尖和（g）商業(yè)MFM探針針尖的對(duì)比圖。
圖2. 通過FusionScope測(cè)量的不同形貌的針尖對(duì)于MFM成像效果的影響。
圖3. 所制備MFM探針在長(zhǎng)時(shí)間使用下的穩(wěn)定性。（a）為樣品三維形貌圖。（b）為樣品的MFM表征結(jié)果。
圖4. 所制備的MFM探針在環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間保存后的測(cè)量性能對(duì)比。(a)剛完成制備時(shí)探針的MFM表征。（b）制備1年后的探針的表征結(jié)果。
【結(jié)論】
本文中，格拉茨技術(shù)大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)通過聚焦電子束誘導(dǎo)沉積（FEBID）的方式制備了基于Co3Fe磁性材料，所制備MFM探針針尖僅有10 nm，與已有的商業(yè)MFM探針相比在微結(jié)構(gòu)尺寸上具有明顯優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)所制備MFM探針在各種磁學(xué)樣品表面進(jìn)行表征得知，該方法所制備的MFM探針具有分辨率高，耐磨且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。該研究為相關(guān)微納磁學(xué)相關(guān)的研究提供了可能性。值得注意的是，文中MFM的校正工作是在Quantum Design公司研發(fā)的FusionScope多功能顯微鏡上完成的。設(shè)備不僅提供了傳統(tǒng)掃描電鏡（SEM）的形貌表征，還對(duì)樣品微區(qū)進(jìn)行了三維形貌，磁學(xué)等性能的原位表征。不難看出，F(xiàn)usionScope多功能顯微鏡在微區(qū)原位立體表征方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
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