交变力磁力显微镜对高频磁场信号的定量化研究

近年来磁力显微镜（MFM）对交变磁信号的定量化分析由于其特殊的工业要求和重要用途而受到广泛关注。本项目课题旨在利用交变磁力对MFM探针的周期性调制发展一种交变力磁力显微镜定量化分析技术，为磁信息存储工业等重要领域关键技术的发展提供新型的有力的工具。本方案面临的最主要挑战，是如何测量高频磁力信号和实现MFM图像的量化分析。与目前标准MFM采用的设计思路不同，本课题的关键在于合理利用MFM频率调制机理，优化设计MFM磁性探针，并且引入MFM图像处理技术、微磁学方法和格林函数法，实现对高频磁力信号的MFM成像和定量化分析。为达到这些目的，需要从理论上建立MFM探针的力学、磁学等物理模型，完善MFM图像的分析、处理等核心技术，并由实验上设计制造出具有高频响应能力的MFM磁性探针，二者相辅结合优化设计出具有高频信号测试和分析能力的交变力磁力显微镜定量化技术，由此来测量和解释纳米尺度磁畴结构。

磁力显微镜（Magnetic Force Microscope, MFM）因测量不破坏样品、样品无需特别制备、以及纳米尺度的分辨率（10-50nm）等优势，而广泛应用于各种磁性材料中的磁畴及微磁结构的研究，尤其成为磁记录工业中研究磁介质和磁头的磁畴结构或磁场分布的有力工具。目前标准的MFM技术，多数用在材料静态磁场测量以及磁畴结构的定性分析上。随着磁记录工业的飞速发展，日益要求磁力显微镜技术能在动态磁性测量以及磁场定量化研究上取得突破性进展，这对标准MFM技术提出了新的挑战。本项目发展了一种交变力磁力显微镜定量化分析技术，实现了对低频磁场的测量和二维磁场的量化分析。结合理论分析及实验测试，精确构筑巨磁阻材料、磁记录介质内部的二维磁畴结构，量化分析低频（频率<1MHz）电流驱动下磁畴的变化。本课题的意义一方面是量化分析样品表面的二维磁畴结构；另一方面是在国内现有仪器设备的基础上发展交变力磁力显微镜技术，实现对低频磁场（频率<1MHz） 的MFM成像。目前该技术处于国内外领先水平，它是MFM研究领域的一个重要进展，可以进行低频磁畴/磁场的动态测量与量化分析，该方面的工作为下一代磁记录技术的发展提供了新型的有力的工具。相关工作在Nature子刊Scientific Reports，Nanoscale, Appl. Phys. Lett., J. Appl. Phys.等国际相关核心杂志上发表。