[发明专利]一种磁力显微镜及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微镜领域，特别是涉及一种磁力显微镜及其测量方法。

背景技术

磁力显微镜（Magnetic force microscopy，MFM），是基于原子力显微镜的技术，它采用磁性探针来探测探针-样品间的磁力相互作用，反映样品表面的漏磁及其二维分布情况，已经成为磁性材料微观结构和性质的重要表征手段。目前，磁力显微镜的成像通常采取两遍扫描的、探针抬起的工作模式（即所谓“抬起模式”）：第一遍先用原子力显微镜的间歇接触的扫描模式通过测量原子间力得到表面形貌，而第二遍扫描时则将探针抬起一定的高度（使探针和样品间没有接触），根据之前得到的形貌起伏信息保持探针-样品有效间距恒定并扫描（这时探针仍在其本征频率或其附近振动）；这时，影响探针振动的主要因素是探针所受到的磁力，因而第二遍扫描所反映的是远程磁力的二维分布即磁力显微镜图像。由于对磁力成像时探针-样品的间距较大，其横向分辨率通常比原子力显微镜要低，磁力显微镜所达到的横向分辨率通常为30-100纳米。因此，磁力显微镜的分辨率和灵敏度不能满足材料在纳米尺度上进行特性表征的需要，通常不能对纳米磁性颗粒磁力成像。另外，对超顺磁等弱磁性材料来说，因为这些材料与探针之间产生的磁力较弱，因此采用目前的磁力显微镜对弱磁性材料进行成像，其灵敏度较低，成像效果不理想。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种灵敏度高且成像效果好的磁力显微镜，本发明的另一目的是提供一种测量灵敏度高且成像效果好的磁力显微镜的测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁力显微镜，包括显微镜支架、探针、探测器、激励线圈、扫描器、第一信号发生器、第一信号检测器、控制器及显示器；

所述探针、探测器及扫描器均安装在显微镜支架上，所述被测样品位于扫描器的上方，所述探针位于被测样品的上方，且所述探针在靠近被测样品一侧的针尖的表面镀有一层磁性薄膜；

所述第一信号发生器用于产生激励信号，并通过其第一输出端将激励信号发送到激励线圈，同时通过其第二输出端将激励信号发送到第一信号检测器；

所述控制器通过其第一输出端输出电压控制信号到扫描器，从而通过电压控制信号控制扫描器的运动；

所述激励线圈在激励信号的作用下产生交变磁场从而对探针和被测样品进行调制，使探针受到磁力，所述探针在磁力的作用下发生振动，所述探测器检测探针的振动信息并发送到第一信号检测器，所述第一信号检测器对接收到的探针的振动信息进行解调后，得到探针的位置变化信号并发送到控制器，所述控制器根据接收到的位置变化信号获得被测样品的磁力图像并通过其第二输出端输出到显示器。

进一步，还包括激振器、第二信号发生器及第二信号检测器，所述第二信号发生器用于产生交变激发电信号并分别发送到激振器及第二信号检测器，所述激振器用于根据接收到的交变激发电信号来带动探针发生振动，所述探测器还将检测到的探针的振动信息发送到第二信号检测器，所述第二信号检测器用于对接收到的探针的振动信息进行解调后，得到探针的位置变化信号并发送到控制器。

进一步，所述激励线圈位于被测样品的上方、下方或侧面。

本发明解决其技术问题还提供了一种磁力显微镜的测量方法，该方法所采用的第一技术方案是：

一种磁力显微镜的测量方法，包括：

进行三维扫描，同时令被测样品与探针之间发生三维位置变化，进而检测探针的位置变化信息并进行解调后，获得探针的位置变化信号，进而对三维扫描过程中探针的位置变化信号进行处理后，获得被测样品的表面形貌图；

进行三维扫描，同时产生交变磁场对被测样品与探针进行调制，使探针受到磁力，进而激励探针进入本振振动模式，同时检测探针在交变磁场作用下所带来的位置变化信息并进行解调后，获得探针的位置变化信号，进而对三维扫描过程中探针的位置变化信号进行处理后，获得被测样品的磁力图像。

进一步，所述位置变化信号为振动幅度信号、相位信号及频率信号中的至少一种。

该方法所采用的第二技术方案是：

一种磁力显微镜的测量方法，包括：