§5.4掃描靜電力/磁力顯微鏡講授人：XXX《材料表征基礎(chǔ)》戰(zhàn)略新興領(lǐng)域“十四五”規(guī)劃教材內(nèi)容提要01020304靜電力、磁力的作用EFM、MFM成像模式誤差與假象EFM、MFM的應(yīng)用1.靜電力、磁力的作用小磁針在外磁場(chǎng)中受力與磁場(chǎng)的不均勻性有關(guān)

電偶極子在靜電場(chǎng)中的受力與上式完全一樣2.

EFM、MFM的成像模式1)利用磁場(chǎng)或靜電力對(duì)針尖的作用，測(cè)量磁性或靜電材料。2)輕敲-抬高模式：先掃描一條線(xiàn)的形貌，再相對(duì)向上抬高一定距離作場(chǎng)的測(cè)量。3)靜態(tài)測(cè)量模式：針尖在一定高度直接測(cè)量懸臂受力。直接，噪聲大。4)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式：針尖在樣品上方作受迫振動(dòng)。受力時(shí)，振幅和相位發(fā)生變化。間接測(cè)量，但精度高，抗干擾能力強(qiáng)。3.EFM、MFM的誤差與假象01靜電力和磁力均為長(zhǎng)程相互作用力，有效力程一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)百nm。針尖正下方樣品距離針尖最近，對(duì)力的貢獻(xiàn)是最大的。但是周?chē)鷧^(qū)域到針尖的距離也在同一量級(jí)，也會(huì)對(duì)針尖貢獻(xiàn)可觀的電磁力。針尖探測(cè)到的電磁力實(shí)際上是測(cè)量點(diǎn)周邊相當(dāng)大區(qū)域施力的矢量和。區(qū)域形貌對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響。表面形貌的影響02EFM、MFM和非接觸式AFM的測(cè)量原理完全相同。它們所測(cè)量的靜電力、磁力和長(zhǎng)程范德華力就會(huì)相互疊加，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。例如靜電樣品表面也可能同時(shí)有磁性?？赏ㄟ^(guò)改變針尖距離，利用不同力的力程不同，區(qū)分不同力的貢獻(xiàn)。不同長(zhǎng)程力之間的影響03EFM和MFM測(cè)量的是針尖與樣品間的電或磁偶極-偶極相互作用。這個(gè)力與針尖和樣品的電矩或磁矩大小有關(guān)。而材料的電矩或磁矩會(huì)受到外場(chǎng)的影響。例如樣品的磁場(chǎng)可能改變針尖的磁矩方向，而針尖的磁場(chǎng)也可能將樣品局部磁化。實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要根據(jù)樣品的具體特性統(tǒng)籌考慮測(cè)量條件。針尖與樣品之間的影響4.

EFM、MFM的應(yīng)用20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著超高密度磁存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對(duì)磁性材料和磁性器件的研究越來(lái)越多。而MFM由于nm級(jí)的空間分辨率，成為研究磁性材料微結(jié)構(gòu)的重要手段。右圖所示為硬盤(pán)盤(pán)面同一位置的表面形貌和MFM測(cè)試結(jié)果。其中形貌圖(a)顯示盤(pán)面基本平整的表面看不出任何規(guī)律的信息存儲(chǔ)痕跡。但從MFM圖上則可以觀