[发明专利]一种扫描探针显微镜中的探针、其制备方法及探测方法

说明书

本发明提供了一种扫描探针显微镜中的探针。该探针由探针臂与针尖组成，针尖由针尖本体，以及依次位于针尖本体表面的薄膜一、薄膜二、薄膜三组成；薄膜一具有导电性；薄膜二具有电绝缘性；薄膜三具有磁性与导电性，或者薄膜三具有导电性；薄膜一与薄膜三的材料不同，并且薄膜一、薄膜二和薄膜三构成热电偶结构。利用该探针能够对多功能材料的磁、电、热多参量进行原位表征，从而能够原位、直观地研究材料的电‑热、磁‑热，以及磁‑电‑热之间的耦合规律与机制。

技术领域

本发明涉及一种扫描探针显微镜的探针，尤其涉及一种多参量耦合显微镜探针、其制备方法及探测方法。

背景技术

随着纳米科学技术的飞速发展，针对纳米材料的测量技术应运而生，其中最引人注目的是扫描探针显微镜(STM)技术。

扫描探针显微镜(STM)技术是基于扫描隧道显微镜(SPM)基础发展而来的，具有空间分辨率高，可在真空、大气、甚至溶液等多种环境中变温工作等诸多优点，被广泛应用于物理学、化学、生物学、电子学等研究领域。扫描探针显微镜是通过检测探针与样品之间的相互作用力或者物理量来研究相应的样品性质，目前包括原子力显微镜、磁力显微镜、压电力显微镜、导电力显微镜等，用以探测样品的表面形貌、畴结构(包括磁畴结构、铁电/压电畴结构、导电畴结构等)、微区电导等物理参量。

随着电子器件的小型化和集成化，器件尺寸以及器件间距已达到微/纳尺度，其发热与散热问题成为制约进一步高度集成的瓶颈。在微/纳尺度下表征与热相关的物性，理解发热和散热的物理过程已经成为现代热科学中的一个崭新的分支─微/纳尺度热科学。在微/纳尺度下，材料的微观结构和畴结构对热学性质的影响尤为重要，一个微裂纹、空穴、晶界、乃至一个畴壁都可能影响到材料的热学性质。以多铁材料为例，在外场驱动下的磁/电畴翻转(或畴壁移动)和漏电流都会引起微区发热。

截止目前，尽管人们已经发展了基于扫描探针显微镜的微区热成像技术，但是利用该技术只能够获得单一的热学信息，尚不能原位、同步、实时地获得其他物性信息，例如磁畴结构、铁电/压电畴结构、导电畴结构等，无法进行磁-热、电-热，或者磁-电-热耦合成像，因此限制了对材料中发热与散热的物理机制的深入理解研究。

发明内容

本发明提供了一种扫描探针显微镜中的探针，其具有新型结构，可原位、同步实时地表征微/纳米磁-热、电-热，或者磁-电-热性能，实现多参量扫描探测功能。

本发明提供的扫描探针显微镜中一种探针结构如图1、2所示(称为具有热电偶结构的探针)，包括探针臂1与针尖2，针尖2由针尖本体3与覆盖层组成，覆盖层由位于针尖本体3表面的薄膜一4、薄膜一表面的薄膜二5、薄膜二表面的薄膜三6组成；薄膜一4具有导电性；薄膜二5具有电绝缘性；薄膜三6具有磁性与导电性，或者薄膜三6具有导电性；薄膜一4与薄膜三6的材料不同；并且，薄膜一4、薄膜二5和薄膜三6构成热电偶结构，即：在针尖本体的尖端部位，薄膜一4表面为薄膜三6，除本体尖端之外的其余部位，薄膜二5位于薄膜一4与薄膜三6之间。

所述的薄膜一4材料不限，包括具有良好导电性能的金属和半导体中的一种材料或者两种以上的组合材料，例如铋(Bi)、镍(Ni)、钴(Co)、钾(K)等金属以及其合金，石墨、石墨烯等半导体中的一种材料或两种以上的组合材料。