鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及磁性材料表面信息測量工具，具體是一種鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有磁性材料表面信息測量工具應用范圍受限、測量精確性差、以及無法直接區(qū)分表面形貌信息和表面自旋磁信息的問題。鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)，包括非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)、微波發(fā)生器、載波器、鎖相放大器、微波照射機構；所述非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)包括掃描器、磁性探針、激光器、四象限光電二極管探測器、鎖相環(huán)、自動增益回路、壓電體、反饋回路；其中，微波發(fā)生器的信號輸入端與載波器的信號輸出端連接；載波器的信號輸入端與鎖相放大器的信號輸出端連接。本發(fā)明適用于磁性材料表面信息測量。
【專利說明】鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性材料表面信息測量工具，具體是一種鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，針對磁性材料的表面信息(包括表面形貌信息和表面自旋磁信息)進行測量時所用的工具主要包括:自旋極化掃描隧道顯微鏡(SP-STM)、磁力顯微鏡(MFM)、由非接觸式原子力顯微鏡(NC-AFM)發(fā)展而來的磁交換力顯微鏡(MExFM)。實踐表明，上述各種磁性材料表面信息測量工具由于自身結構所限，存在如下問題:其一，自旋極化掃描隧道顯微鏡(SP-STM)基于掃描隧道顯微鏡(STM)的工作原理，導致其應用范圍受限(應用范圍僅限于導體和一部分半導體材料)。其二，磁力顯微鏡(MFM)由于測量分辨率較低(測量分辨率無法達到原子級別)，導致其測量精確性較差。其三，傳統(tǒng)磁交換力顯微鏡(MExFM)無法直接區(qū)分表面形貌信息和表面自旋磁信息，且由于容易受到外部強磁場的干擾，導致其測量精確性較差?；诖?，有必要發(fā)明一種新的磁性材料表面信息測量工具，以解決現(xiàn)有磁性材料表面信息測量工具應用范圍受限、測量精確性差、以及無法直接區(qū)分表面形貌信息和表面自旋磁信息的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有磁性材料表面信息測量工具應用范圍受限、測量精確性差、以及無法直接區(qū)分表面形貌信息和表面自旋磁信息的問題，提供了一種鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的:鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)，包括非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)、微波發(fā)生器、載波器、鎖相放大器、微波照射機構；所述非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)包括掃描器、磁性探針、激光器、四象限光電二極管探測器、鎖相環(huán)、自動增益回路、壓電體、反饋回路；其中，微波發(fā)生器的信號輸入端與載波器的信號輸出端連接；載波器的信號輸入端與鎖相放大器的信號輸出端連接；微波發(fā)生器的信號輸出端與微波照射機構的信號輸入端連接；微波照射機構的出射端與磁性探針的針尖斜對；磁性探針的針尖位于掃描器的臺面正上方；激光器的出射端與磁性探針的針尖斜對；四象限光電二極管探測器的入射端與磁性探針的針尖斜對；四象限光電二極管探測器的信號輸出端與鎖相環(huán)的信號輸入端連接；鎖相環(huán)的信號輸出端分別與自動增益回路的信號輸入端、反饋回路的信號輸入端、鎖相放大器的信號輸入端連接；自動增益回路的信號輸出端與壓電體的信號輸入端連接；壓電體與磁性探針的針尾固定；反饋回路的信號輸出端與掃描器的信號輸入端連接。
[0005]工作時，將試料(待測試的磁性材料)固定于掃描器的臺面上，壓電體驅動磁性探針進行恒幅高頻振動，激光器向磁性探針表面發(fā)射激光，激光由磁性探針反射至四象限光電二極管探測器。具體工作過程如下:將磁性探針針尖逐漸靠近試料表面，由于磁性探針與試料之間的磁交換作用力作用和原子間短程化學力作用，磁性探針的振動頻率發(fā)生微小偏移，激光投射到四象限光電二極管探測器的位置隨之發(fā)生變化。根據(jù)激光投射到四象限光電二極管探測器的位置變化，四象限光電二極管探測器檢測出磁性探針的振動頻率偏移，并將振動頻率偏移信號發(fā)送至鎖相環(huán)。當進行試料表面形貌信息的測量時，鎖相環(huán)根據(jù)振動頻率偏移信號生成兩路控制信號，并將其中一路控制信號通過自動增益回路發(fā)送至壓電體，使得磁性探針保持恒幅高頻振動，同時將另一路控制信號通過反饋回路發(fā)送至掃描器，對掃描器進行反饋控制，使得磁性探針與試料的相互作用力梯度保持恒定。此時，振動頻率偏移信號通過反饋回路輸出，即測得試料的表面形貌信息。當進行試料表面自旋磁信息的測量時，載波器發(fā)出參考信號，微波發(fā)生器根據(jù)參考信號向微波照射機構輸出一定頻率的微波，微波通過微波照射機構照射在磁性探針表面。此時，改變微波照射的頻率，使得磁性探針與試料之間的磁交換作用力隨著微波照射頻率的變化而發(fā)生變化。當微波照射頻率與磁性探針的固有共振頻率一致時，磁性探針在微波照射的作用下發(fā)生鐵磁共振效應。此時，鎖相環(huán)將振動頻率偏移信號發(fā)送至鎖相放大器，鎖相放大器提取出振動頻率偏移信號中的振幅信息和相位信息，即測得試料的表面自旋磁信息。
[0006]基于上述過程，與現(xiàn)有磁性材料表面信息測量工具相比，本發(fā)明所述的鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點:其一，與自旋極化掃描隧道顯微鏡(SP-STM)相t匕，本發(fā)明所述的鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)基于非接觸式原子力顯微鏡原理，因此其應用范圍更廣。其二，與磁力顯微鏡(MFM)相比，本發(fā)明所述的鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)的測量分辨率更高，因此其測量精確性更強。其三，與傳統(tǒng)磁交換力顯微鏡(MExFM)相比，本發(fā)明所述的鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)基于鐵磁共振原理，能夠獨立提取表面形貌信息和表面自旋磁信息，且其在測量過程中不需要外部強磁場的作用，避免了受到外部強磁場的干擾，因此其測量精確性更強。
[0007]本發(fā)明結構合理、設計巧妙，有效解決了現(xiàn)有磁性材料表面信息測量工具應用范圍受限、測量精確性差、以及無法直接區(qū)分表面形貌信息和表面自旋磁信息的問題，適用于磁性材料表面信息測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0009]圖中:1-微波發(fā)生器,2-載波器,3-鎖相放大器,4-微波照射機構,5-掃描器，6-磁性探針，7-激光器，8-四象限光電二極管探測器，9-鎖相環(huán)，10-自動增益回路，11-壓電體，12-反饋回路，13-表面自旋磁信息輸出端口，14-表面形貌信息輸出端口，15-參考信號。
【具體實施方式】
[0010]鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)，包括非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)、微波發(fā)生器1、載波器2、鎖相放大器3、微波照射機構4 ;所述非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)包括掃描器5、磁性探針6、激光器7、四象限光電二極管探測器8、鎖相環(huán)9、自動增益回路10、壓電體
11、反饋回路12 ;其中，微波發(fā)生器I的信號輸入端與載波器2的信號輸出端連接；載波器2的信號輸入端與鎖相放大器3的信號輸出端連接；微波發(fā)生器I的信號輸出端與微波照射機構4的信號輸入端連接；微波照射機構4的出射端與磁性探針6的針尖斜對；磁性探針6的針尖位于掃描器5的臺面正上方；激光器7的出射端與磁性探針6的針尖斜對；四象限光電二極管探測器8的入射端與磁性探針6的針尖斜對；四象限光電二極管探測器8的信號輸出端與鎖相環(huán)9的信號輸入端連接；鎖相環(huán)9的信號輸出端分別與自動增益回路10的信號輸入端、反饋回路12的信號輸入端、鎖相放大器3的信號輸入端連接；自動增益回路10的信號輸出端與壓電體11的信號輸入端連接；壓電體11與磁性探針6的針尾固定；反饋回路12的信號輸出端與掃描器5的信號輸入端連接。
[0011]具體實施時，鎖相放大器3的信號輸出端連接有表面自旋磁信息輸出端口 13 ;反饋回路12的另一個信號輸出端連接有表面形貌信息輸出端口 14。工作時，表面自旋磁信息輸出端口用于輸出表面自旋磁信息，表面形貌信息輸出端口用于輸出表面形貌信息。
【權利要求】
1.一種鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)，其特征在于:包括非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)、微波發(fā)生器(I)、載波器(2)、鎖相放大器(3)、微波照射機構(4);所述非接觸式原子力顯微鏡系統(tǒng)包括掃描器(5)、磁性探針(6)、激光器(7)、四象限光電二極管探測器(8)、鎖相環(huán)(9)、自動增益回路(10)、壓電體(11)、反饋回路(12);其中，微波發(fā)生器(I)的信號輸入端與載波器(2)的信號輸出端連接；載波器(2)的信號輸入端與鎖相放大器(3)的信號輸出端連接；微波發(fā)生器(I)的信號輸出端與微波照射機構(4)的信號輸入端連接；微波照射機構(4)的出射端與磁性探針(6)的針尖斜對；磁性探針(6)的針尖位于掃描器(5)的臺面正上方；激光器(7)的出射端與磁性探針(6)的針尖斜對；四象限光電二極管探測器(8)的入射端與磁性探針(6)的針尖斜對；四象限光電二極管探測器(8)的信號輸出端與鎖相環(huán)(9)的信號輸入端連接；鎖相環(huán)(9)的信號輸出端分別與自動增益回路(10)的信號輸入端、反饋回路(12)的信號輸入端、鎖相放大器(3)的信號輸入端連接；自動增益回路(10)的信號輸出端與壓電體(11)的信號輸入端連接；壓電體(11)與磁性探針(6)的針尾固定；反饋回路(12)的信號輸出端與掃描器(5)的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的鐵磁共振磁交換力顯微鏡測試系統(tǒng)，其特征在于:鎖相放大器(3)的信號輸出端連接有表面自旋磁信息輸出端口( 13);反饋回路(12)的另一個信號輸出端連接有表面形貌信息輸出端口(14)。
【文檔編號】G01Q60/52GK103592468SQ201310571038
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月16日 優(yōu)先權日:2013年11月16日
【發(fā)明者】劉俊, 馬宗敏, 薛慧, 唐軍, 石云波, 李艷君, 薛晨陽, 楊玉華, 張歡 申請人:中北大學