СЗМ Раман Нано ИК системы
Модульные СЗМ
Автоматизированные СЗМ
Специализированные СЗМ
 
 

Примеры применений (Архив)

Исследование доменной структуры магнитов.

Исследование доменной структуры магнитов. 

А.М. Алексеев, А.Ф. Попков
e-mail: alexander@ntmdt.ru
NT-MDT и ГосНИИ Физических проблем, Москва

Измерения с применением магнитосиловой микроскопии (МСМ) позволяют исследовать в деталях магнитную структуру различных магнитов [1-5]. Здесь мы представим несколько примеров СЗМ производства NT-MDT для исследования доменной структуры. На рис. 1 показаны рельеф а) и МСМ изображение б) тонкой пленки железа, нанесенной на лавсан электронно-лучевым осаждением. Период полосовой доменной структуры, которая ясно видна на МСМ изображении, составляет менее 250 нм.

а)

б)

 Рис. 1

Рис. 1б) демонстрирует высокое разрешение МСМ, которое невозможно при магнитооптической визуализации. Ясно видна нерегулярность доменов, обусловленная дефектами пленки. Контраст на рис. 1а) соответствует фазовому сдвигу колебаний кантилевера, обусловленному магнитным взаимодействием зонд-образец (Д МСМ). Фактически этот контраст пропорционален распределению второй производной магнитного поля рассеяния образца. Двухпроходная методика была использована для получения МСМ изображения, второй проход проводился со смещением DZ=60 нм от уровня первого прохода. В этом эксперименте использовался зонд с кобальтовым покрытием. Вследствие неидеальности обратной связи рельеф влияет на магнитное изображение (темные точки на рис. 1б). Такая ситуация типична для шероховатых поверхностей. Увеличение DZ и уменьшение амплитуды, так же как и большая точность первого прохода (меньшая скорость сканирования, больший коэффициент усиления) могут уменьшить это влияние. Кроме того на магнитное изображение влияют немагнитные включения, обуславливая существенно различные расстояния между магнитным образцом и зондом на чистых и загрязненных участках.

На рис. 2а показана доменная структура сильно анизотропного тетрагонального ферромагнита,которая была получена с помощью магнитооптической визуализации и последующей компьютерной обработки [6].

а)

б)

 

в)

г)

 Рис. 2

Размер наименьшей детали на рис. 2а) составляет около 1 мкм. Исследованный толстый единичный кристалл с перпендикулярной анизотропией имеет замыкающие домены в виде цветов. Эти домены существуют вследствие расщепления доменных стенок вблизи поверхности. Их существование делает анализ конфигурации основных доменов затрудненным. На рис. 2б) и Рис. 2в) показаны рельеф и распределение нормального изгиба кантилевера (С МСМ), т.е. распределение магнитной силы в произвольных единицах. Светлые области соответствуют отталкивающим силам, и темные области соответствуют притягивающим силам. Если известно точное значение жесткости кантилевера k , то можно откалибровать нормальную компоненту магнитной силы F=k*DFL. На рис. 2г) показаны фазовые изменения (Д МСМ) для той же самой области, т.е. распределение производной магнитной силы. Изображение сил (рис. 2в) является более интерпретируемым, чем изображение производных сил (рис. 2г). Желательно получать изображения как магнитных сил, так и их производных, поскольку первые легче интерпретировать, а вторые являются более чувствительными.

Рис. 3

Рис.4

 

Обычно только чувствительная  Д МСМ методика дает хорошие результаты. Например, доменная структура пленки граната ясно обнаруживается только в применением резонансной методики. На рис. 3 показаны полосовые домены в тонкой пленке граната (3 мкм толщины). Период доменной структуры составляет около 2 мкм. Это фазовое изображение, полученное по двухпроходной методике. Гранаты относятся к магнитно-мягким материалам, и их доменная структура легко может быть изменена жестким кобальтовым зондом. Использование зонда с уменьшенным полем рассеяния (покрытым более тонкой магнитной пленкой или содержащим домены) позволяет более качественно отображать структуру магнитно-мягких материалов.

СЗМ производства NT-MDT позволяют наблюдать трансформации доменных структур в процессе нагрева и охлаждения. Объемные единичные кристаллы кобальта обладают доменной структурой подобной структуре NdFeB при комнатной температуре (рис. 4, распределение магнитных сил). Изменения формы доменов в таком образце в процессе нагрева были исследованы с помощью SOLVER P47H Polymer 300  high temperatures measurements.

Ссылки

  1. P. Guethner, H. Mamin, D. Rugar, Magnetic force microscopy. In book: Scanning Tunneling Microscopy II, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1992. Eds: R. Wiesendanger, H.-J. Gunherodt, 151-207.
  2. R.Proksch, S.Foss, E.Dan.Dahlberg. Magnetic fine structure of domain walls in iron films observed with a magnetic force microscope. J.Appl.Phys. 75(9), 1994, 5776-5778.
  3. J.R.Barnes et al. Magnetic force microscopy of Co-Pd multilayers with perpendicular anisotropy. J.Appl.Phys. 76(5), 1994, 2974-2980.
  4. A.Wadas, R.Wiesendanger, P.Novotny. Bubble domains in garnet films studied by magnetic force microscopy. J.Appl.Phys. 78(10), 1995, 6324-6326.
  5. J.C.Wu et al. In-situ investigation of patterned magnetic domain structures using magnetic force microscopy. IEEE Trans. Magn. 35(5), 1999, 3481-3483.
  6. Yu.G. Pastushenkov. Transformation of the domain structure in spin-orientation transitions region and during reversal processes of the rare-earth tetragonal magnets with iron. Doctoral thesis, Tver, Tver University, 2000. In Russian.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Ю.Г. Пастушенкову (Тверской Государственный университет, Тверь) за образцы NdFeB и кобальта, В.А. Скиданову (ЭЛМА, Москва) за образцы пленки граната, И.А. Рыжикову и С.А. Маклакову (Институт Теоретической и Прикладной Электродинамики РАН, Москва) за образцы железа на лавсане.

 
 
Copyright © 2015 - 2017, NT-MDT SI