AFM/SEM二合一显微镜全新功能，如何打破可视化磁性表征困境？
发布日期：2024-08-23
近年来，科研工作者在研究表面形貌异常复杂的磁性样品时，总会面临空间分辨率不足，需要多维磁结构表征的问题。2024年8月，美国Quantum Design公司在AFM/SEM二合一显微镜-FusionScope的基础上，研发推出了强大的磁性材料表征功能。这一创新技术专注于可视化区域同步磁学测量功能，为需要对复杂样品区域进行空间可视化和磁学同步测量表征的研究课题组提供全方位的技术支持和测样服务。
FusionScope 是Quantum Design史无前例的全新技术产品，将扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）技术无缝融合在一台设备上。用户无需将样品从一台显微镜移动到另一台显微镜，也不必使用两个不同的操作系统来分析样品上的同一位置，而是在同一用户界面内、同一位置进行互补性综合测量。
FusionScope 配备的多功能探针支持磁力显微镜（MFM），结合原位SEM视野观察，实现了在纳米尺度上进行AFM磁力针尖的MFM表征。这一功能凸显了SEM和AFM结合在磁力显微领域的巨大优势。与传统的AFM技术不同，FusionScope采用了自感应式悬臂梁技术，通过3D打印技术制备表面修饰钴铁层的探针，针尖的曲率半径约为10 nm，能够在纳米尺度上实现高精度的磁性测量。
压阻自感探针技术通过悬臂梁背面惠斯通电桥设计电阻，实时反馈电压信号，轻松实现探针进针和SEM扫描同步进行，确保在SEM视野中能够实时观察和精确测量磁性材料的特性。同时FusionScope的MFM探针相比市面上的标准商用探针具有更高的成像分辨率，能够精确呈现样品表面的磁场分布，为磁性材料的研究提供至关重要的数据支持。
FusionScope磁学探针及表面钴铁层
与商用标准磁学探针对比
本文我们将从 FusionScope 在磁性领域的实际应用出发，详细阐释其在磁性表征领域的强大功能。
1. 不同组分的磁性自旋体纳米棒联合表征
通过调整组分比例制备 Ni81Fe19 纳米棒组装体，进行形貌定位扫描并精准关联 AFM 与 SEM 数据，同时实现三种不同结构的磁性结果关联。磁学结果可以清晰分辨不同结构的磁性分布。
2. FIB刻蚀钴层的磁学性能表征
使用离子束刻蚀技术对钴层进行磁特性表征，分析和评估钴层的磁场强度、磁化曲线和磁畴结构等参数，从而更好地理解其磁性性能。
图中所示对用离子束刻蚀（FIB）加工的钴层进行磁特性表征的过程或研究。对通过离子束刻蚀技术制备的钴层的磁性质进行分析和评估。这种研究可能涉及测量钴层的磁场强度、磁化曲线、磁畴结构等参数，以便更好地了解这种材料在磁性方面的性能。
3. 对工业钢材的磁学特性进行表征
双相不锈钢是包含奥氏体和铁素体相混合物的一系列不锈钢，与标准钢种相比，可提供更高的机械强度和延展性；使用FusionScope的SEM可以观察和选取双相不锈钢的晶界处，AFM探针根据SEM的信息将探针定位到两个相的晶界处，对样品进行磁结构表征。测量钢材的磁化曲线、磁滞回线、饱和磁感应强度等参数，以便更好地理解工业钢材在磁性方面的性能。这些信息对于评估钢材的质量、磁性应用以及检测方法都具有重要意义。
结合SEM和MFM的FusionScope应用优势：
1. 多维度综合表征
☛ 形貌与磁性同时测量：在SEM提供样品高分辨率形貌图像时，MFM可以同时提供磁性信息，实现样品结构和磁性的一体化表征，对于研究磁性材料和器件中的结构-性能关系至关重要。
☛ 同步成像：同时获取SEM和MFM图像，能够在精确匹配的同一区域同时观察样品的表面形貌和磁性分布，有助于更深入理解复杂材料和结构的物理性质。
2. 高分辨率与深景深结合
☛ 高分辨率形貌与磁性成像：SEM提供纳米级分辨率的形貌图像，MFM提供纳米级分辨率的磁性信息。两者结合可以更准确地表征微小磁结构，特别是在需要高景深观察复杂三维结构的场合。
☛ 微观尺度下的磁性研究：对于微观结构，如磁畴、磁性颗粒或薄膜，集成系统可以直接关联这些结构的物理形貌与磁性特征，揭示其内部的磁性相互作用。
3. 高效分析
☛ 时间节省与数据一致性：同时进行SEM和MFM成像，这种集成系统减少了样品转移和不同设备间切换的时间，确保数据一致性，减少环境和操作误差对结果的影响。
☛ 复杂样品的全面分析：对于如磁性存储器件、纳米电子器件等复杂样品，可以在一次实验中全面分析其形貌、成分和磁性，显著提升实验效率。
4. 应用领域扩展
☛ 纳米电子与磁性存储器件研究：对于纳米电子器件、磁性存储器件及其他高科技领域的研究，这种集成系统可以提供从形貌到磁性分布的全方位分析，助力开发和优化新型功能材料和器件。
☛ 多物理场研究：在磁场、电场、应力等多种外加场作用下，能够同步观察样品的形貌变化和磁性响应，为研究材料的多物理场耦合行为提供新的手段。
5. 增强的用户体验
☛ 简化操作流程：用户无需在不同设备之间频繁切换，减少了样品重新对准和环境变化带来的挑战。
☛ 改进的分析能力：集成系统提供的数据更加完整、关联性更强，有助于更全面理解样品特性。
FusionScope 的全新磁学测试功能将大幅提升科研人员对磁性样品的表征精度和研究效率，成为研究复杂磁性材料、纳米结构以及多功能器件的强大工具，在多个科学和工程领域展现出巨大的应用潜力。
