近年來，科研工作者在研究表面形貌異常復(fù)雜的磁性樣品時，總會面臨空間分辨率不足，需要多維磁結(jié)構(gòu)表征的問題。2024年8月，美國Quantum Design公司在AFM/SEM二合一顯微鏡-FusionScope的基礎(chǔ)上，研發(fā)推出了強(qiáng)大的磁性材料表征功能。這一創(chuàng)新技術(shù)專注于可視化區(qū)域同步磁學(xué)測量功能，為需要對復(fù)雜樣品區(qū)域進(jìn)行空間可視化和磁學(xué)同步測量表征的研究課題組提供技術(shù)支持和測樣服務(wù)。

FusionScope 是Quantum Design全新技術(shù)產(chǎn)品，將掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）技術(shù)無縫融合在一臺設(shè)備上。用戶無需將樣品從一臺顯微鏡移動到另一臺顯微鏡，也不必使用兩個不同的操作系統(tǒng)來分析樣品上的同一位置，而是在同一用戶界面內(nèi)、同一位置進(jìn)行互補(bǔ)性綜合測量。

FusionScope 配備的多功能探針支持磁力顯微鏡（MFM），結(jié)合原位SEM視野觀察，實現(xiàn)了在納米尺度上進(jìn)行AFM磁力針尖的MFM表征。這一功能凸顯了SEM和AFM結(jié)合在磁力顯微領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的AFM技術(shù)不同，F(xiàn)usionScope采用了自感應(yīng)式懸臂梁技術(shù)，通過3D打印技術(shù)制備表面修飾鈷鐵層的探針，針尖的曲率半徑約為10 nm，能夠在納米尺度上實現(xiàn)高精度的磁性測量。

壓阻自感探針技術(shù)通過懸臂梁背面惠斯通電橋設(shè)計電阻，實時反饋電壓信號，輕松實現(xiàn)探針進(jìn)針和SEM掃描同步進(jìn)行，確保在SEM視野中能夠?qū)崟r觀察和精確測量磁性材料的特性。同時FusionScope的MFM探針相比市面上的標(biāo)準(zhǔn)商用探針具有更高的成像分辨率，能夠精確呈現(xiàn)樣品表面的磁場分布，為磁性材料的研究提供至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支持。

FusionScope磁學(xué)探針及表面鈷鐵層

與商用標(biāo)準(zhǔn)磁學(xué)探針對比

本文我們將從 FusionScope 在磁性領(lǐng)域的實際應(yīng)用出發(fā)，詳細(xì)闡釋其在磁性表征領(lǐng)域的強(qiáng)大功能。

1. 不同組分的磁性自旋體納米棒聯(lián)合表征

通過調(diào)整組分比例制備 Ni₈₁Fe₁₉ 納米棒組裝體，進(jìn)行形貌定位掃描并精準(zhǔn)關(guān)聯(lián) AFM 與 SEM 數(shù)據(jù)，同時實現(xiàn)三種不同結(jié)構(gòu)的磁性結(jié)果關(guān)聯(lián)。磁學(xué)結(jié)果可以清晰分辨不同結(jié)構(gòu)的磁性分布。

2.  FIB刻蝕鈷層的磁學(xué)性能表征

使用離子束刻蝕技術(shù)對鈷層進(jìn)行磁特性表征，分析和評估鈷層的磁場強(qiáng)度、磁化曲線和磁疇結(jié)構(gòu)等參數(shù)，從而更好地理解其磁性性能。

圖中所示對用離子束刻蝕（FIB）加工的鈷層進(jìn)行磁特性表征的過程或研究。對通過離子束刻蝕技術(shù)制備的鈷層的磁性質(zhì)進(jìn)行分析和評估。這種研究可能涉及測量鈷層的磁場強(qiáng)度、磁化曲線、磁疇結(jié)構(gòu)等參數(shù)，以便更好地了解這種材料在磁性方面的性能。

3.  對工業(yè)鋼材的磁學(xué)特性進(jìn)行表征

雙相不銹鋼是包含奧氏體和鐵素體相混合物的一系列不銹鋼，與標(biāo)準(zhǔn)鋼種相比，可提供更高的機(jī)械強(qiáng)度和延展性；使用FusionScope的SEM可以觀察和選取雙相不銹鋼的晶界處，AFM探針根據(jù)SEM的信息將探針定位到兩個相的晶界處，對樣品進(jìn)行磁結(jié)構(gòu)表征。測量鋼材的磁化曲線、磁滯回線、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等參數(shù)，以便更好地理解工業(yè)鋼材在磁性方面的性能。這些信息對于評估鋼材的質(zhì)量、磁性應(yīng)用以及檢測方法都具有重要意義。

結(jié)合SEM和MFM的FusionScope應(yīng)用優(yōu)勢：

1. 多維度綜合表征

? 形貌與磁性同時測量：在SEM提供樣品高分辨率形貌圖像時，MFM可以同時提供磁性信息，實現(xiàn)樣品結(jié)構(gòu)和磁性的一體化表征，對于研究磁性材料和器件中的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系至關(guān)重要。

? 同步成像：同時獲取SEM和MFM圖像，能夠在精確匹配的同一區(qū)域同時觀察樣品的表面形貌和磁性分布，有助于更深入理解復(fù)雜材料和結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)。

2. 高分辨率與深景深結(jié)合

? 高分辨率形貌與磁性成像：SEM提供納米級分辨率的形貌圖像，MFM提供納米級分辨率的磁性信息。兩者結(jié)合可以更準(zhǔn)確地表征微小磁結(jié)構(gòu)，特別是在需要高景深觀察復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的場合。

? 微觀尺度下的磁性研究：對于微觀結(jié)構(gòu)，如磁疇、磁性顆粒或薄膜，集成系統(tǒng)可以直接關(guān)聯(lián)這些結(jié)構(gòu)的物理形貌與磁性特征，揭示其內(nèi)部的磁性相互作用。

3. 高效分析

? 時間節(jié)省與數(shù)據(jù)一致性：同時進(jìn)行SEM和MFM成像，這種集成系統(tǒng)減少了樣品轉(zhuǎn)移和不同設(shè)備間切換的時間，確保數(shù)據(jù)一致性，減少環(huán)境和操作誤差對結(jié)果的影響。

? 復(fù)雜樣品的全面分析：對于如磁性存儲器件、納米電子器件等復(fù)雜樣品，可以在一次實驗中全面分析其形貌、成分和磁性，顯著提升實驗效率。

4. 應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展

? 納米電子與磁性存儲器件研究：對于納米電子器件、磁性存儲器件及其他高科技領(lǐng)域的研究，這種集成系統(tǒng)可以提供從形貌到磁性分布分析，助力開發(fā)和優(yōu)化新型功能材料和器件。

? 多物理場研究：在磁場、電場、應(yīng)力等多種外加場作用下，能夠同步觀察樣品的形貌變化和磁性響應(yīng)，為研究材料的多物理場耦合行為提供新的手段。

5. 增強(qiáng)的用戶體驗

? 簡化操作流程：用戶無需在不同設(shè)備之間頻繁切換，減少了樣品重新對準(zhǔn)和環(huán)境變化帶來的挑戰(zhàn)。

? 改進(jìn)的分析能力：集成系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)更加完整、關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)，有助于更全面理解樣品特性。

FusionScope 的全新磁學(xué)測試功能將大幅提升科研人員對磁性樣品的表征精度和研究效率，成為研究復(fù)雜磁性材料、納米結(jié)構(gòu)以及多功能器件的強(qiáng)大工具，在多個科學(xué)和工程領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。