attoMFM　極低温磁気力顕微鏡

attoMFM極低温用磁気力顕微鏡

磁気力顕微鏡(MFM)とは、原子間力顕微鏡(AFM)の派生として試料表面上の磁気プロファイルをイメージングするツールとして用いられています。 AFMと違いMFMでは磁気コーティングを施したカンチレバーを使用します。 近年では漏洩磁場を減らすため反強磁性体のコーティングを施したカンチレバーも使用されています。

動作

MFMにおける測定では、カンチレバーは試料表面に対して非接触でスキャンを行います。一般的には試料表面から 10nmから100nm程度の距離に保ち、表面形状の影響を排除することで磁気プロファイルイメージを得ます。MFMの動作方法には大別して2種類の スキャン方式が採用されます。一つはConstant height modeとよばれフィードバック機構によるカンチレバー-試料間の高さ制御を 行わず、試料表面に対し平行にスキャンを行います。スキャン中カンチレバーは共振周波数にて振動しており、この振動の変化を読み取ることで これを局所的な磁場勾配の変化としてイメージングを行います。この手法は表面形状が比較的平坦な試料に対して用いられています。 もう一つの方法はDual path modeとよばれ、平坦ではない試料やカンチレバーと試料の距離を小さくとらなければならない場合に有効です。 Dual path modeでは、まずAFMと同様にトポグラフィー測定を行い表面形状のプロファイリングを行います。 次にカンチレバーを一定距離離した後、記録された表面形状の情報を元に試料表面とカンチレバー間の距離を一定に保ちつつ二度目のスキャンを行います。 スキャン中、カンチレバーの振動の位相と周波数の変化により磁気プロファイルイメージを得ます。実際のスキャンではドリフトの影響を排除するために ラインごとに２度のスキャンを行っています。 またカンチレバーのQ値が高い場合、位相同期ループ(PLL)を使用し、スキャン中の周波数変化を記録する方法も使用されます。 MFMでは多くの場合50nm以下の空間分解能が容易に得られ、条件により11nmの空間分解能を達成することができます。 (attocube application labs 2009. MFM on NiFe pads in dual-pass mode with 20 nm tip-sample separation).