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)域同步磁學測量功能，為需要對復(fù)雜樣品區(qū)域進行空間可視化和磁學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)、同一位置進行互補性綜合測量。

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)探針進針和SEM掃描同步進行，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準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磁學探針及表面鈷鐵層

與商用標準磁學探針對比

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

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，進行形貌定位掃描并精準關(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刻蝕鈷層的磁學性能表征

使用離子束刻蝕技術(shù)對鈷層進行磁特性表征，分析和評估鈷層的磁場強度、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)進行分析和評估。這種研究可能涉及測量鈷層的磁場強度、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)鋼材的磁學特性進行表征

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，與標準鋼種相比，可提供更高的機械強度和延展性；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?；虮∧?，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和環(huán)境變化帶來的挑戰(zhàn)。

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

FusionScope 的全新磁學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大工具，在多個科學和工程領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。