[发明专利]一种磁力显微镜差分磁力显微成像方法

说明书

技术领域

本发明属于显微镜技术领域，特别涉及一种磁力显微镜差分磁力显微成像方法。

背景技术

随着纳米科技的不断发展，磁性材料的研究已经从宏观材料逐渐转变为纳米材料，磁学的研究已经步入纳米磁学的研究时代，各种磁检测技术也相继被提出，如粉纹法、x射线形貌学法、磁光效应法以及透射电镜显微术等。由于需要在高真空环境条件下工作以及制样复杂等特点，这些传统的检测技术存在着许多不足，从而不能满足目前工作上的需求。作为扫描探针显微镜的一种，磁力显微镜(MFM)是在原子力显微镜(AFM)基础上发展起来的，它的分辨率非常高，在有效克服传统检测方法所具有不足的同时，所测式样不需要特殊制备。近年来随着薄膜材料、纳米磁性材料研究的不断开展，MFM在材料研究中的应用越来越广泛，并且对磁性纳米材料的发展也有着非常重要的意义。

磁力显微镜是扫描力显微镜的一种，主要用来探测样品表面精细的磁畴分布，从诞生以来一直被广泛应用在微磁领域。磁力显微镜的空间分辨率可以达到10nm-50nm，可以同时对有非磁覆盖层或者不透明的样品进行测量，并且能够工作在任意的环境中。磁力与样品表面的范德华力不同，它属于长程力。磁力显微镜的探针与普通AFM的探针相比也有所不同，区别在于探针表面镀有一定厚度的磁性薄膜，当针尖在磁性样品表面以不变的高度沿着第一次扫描的形貌轨迹进行扫描时，探针能够很容易测量出杂散磁场在磁性材料表面的分布情况。因而，通过探测针尖与样品间磁力梯度的分布，就能得到样品表面杂散的磁结构。

为不断改善磁力显微镜的成像质量，人们采用了各种成像方法，例如特殊探针的制造，采取先进的扫描方式等。H.S.Huang和Koblishka各小组分别使用聚焦离子束制造了具有高深宽比的针尖，Kirtley等人也使用了碳纳米管针尖改善磁力显微镜的图像分辨率，Koblischka小组使用电子束制造针尖来减少软磁结构效应并获得了高的空间分辨率图像。然而这些方法都会由于背景力的存在而受到限制。在磁力显微镜测量信号中，由于探针抬起高度很低，静电力和范德华力等一些微观背景力都会同时被探针检测到，所以通常所得到的磁力像受到非磁信号和磁信号的共同作用，从而很有必要将它们分开得到纯的磁力信号，这对于研究材料微观结构和磁畴结构之间的关系是很有用的。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种磁力显微镜差分磁力显微成像方法，排除磁力显微镜扫描过程中背景力对磁力像的干扰，提高了磁力像的对比度和信噪比，获得样品的高质量磁力像。

本发明通过以下技术方案实现：一种磁力显微镜差分磁力显微成像方法，其特征在于：采用外加磁场对同一探针进行两次相反方向的磁化并对样品的同一位置进行扫描，用图像匹配对两幅图像进行准确定位，然后将获得准确位置信息的两幅磁力像进行差分运算，排除背景力对磁力像的干扰，获得高质量的磁力像；

具体包括以下几个步骤：

步骤1：将磁性探针置于两个磁极产生的磁场中进行磁化；

步骤2：用磁化后的磁性探针对磁性样品进行扫描，获得第一幅样品表面磁力像；

步骤3：将磁场逆转，对探针实行反向磁化；

步骤4：用磁性反转的探针对样品进行第二次扫描，获得第二幅样品表面磁力像；

步骤5：用图像匹配对两幅图像进行准确定位；

步骤6：将获得准确位置信息的两幅磁力像进行差分运算，获得最后的差分磁力像。

所述的磁力显微镜差分磁力成像需要的外加磁场采用的是一对磁极，探针被放入由一对磁极产生的磁场中进行磁化，完成第一次扫描后将磁极方向逆转，对探针进行反向磁化。

所述的磁力显微镜差分磁力成像采用差分运算方法，用相反磁化方向的探针对样品进行扫描获得磁力像进行的差分运算。

所述的磁力显微镜差分磁力成像排除的背景力包括范德华力和静电力等不受磁化方向逆转所影响的力。

不受磁化方向逆转所影响的力。

其他不受磁化方向逆转所影响的力。

所述的磁力显微镜差分磁力成像的高质量表现在信噪比的提高。

所述的磁力显微镜差分磁力成像的高质量表现在对比度的改善。

本发明与现有的方法比有以下优点：

(1)通过两幅磁力像的差分运算，将磁力像中包含的背景力排除，得到真实的磁力像；

(2)获得差分磁力像的对比度和信噪比都得到提高，通过实验数据表明，处理前的图像对比度由原来的0.69，0.51变为0.86。

附图说明