論文題目：Additive Manufacturing of Co₃Fe Nano-Probes for Magnetic Force Microscopy

發(fā)表期刊：Nanomaterials IF: 5.3

DOI: https://doi.org/10.3390/nano13071217

　　【引言】

　　磁力顯微鏡（MFM）是一種先進的原子力顯微方法，它可以對樣品表面的局部磁場區(qū)域進行表征，通常被用于磁性薄膜材料、磁斯格明子、磁渦和其他納米材料磁學(xué)特性的研究。MFM的測量非常依賴磁學(xué)AFM探針。傳統(tǒng)情況下，MFM探針是通過在非磁性探針上沉積磁性材料而實現(xiàn)的。然而，這種方法所制備的MFM探針存在著側(cè)向分辨率低和磁性材料涂層界面力學(xué)性能不穩(wěn)定等問題。這些問題，給MFM探針指明了新的發(fā)展方向。

　　【成果簡介】

　　近日，格拉茨技術(shù)大學(xué)相關(guān)團隊通過聚焦電子束誘導(dǎo)沉積（FEBID）的方式制備了基于Co₃Fe磁性材料，具有納米級尖端尺寸的MFM探針。所制備MFM探針的化學(xué)和結(jié)構(gòu)通過透射電子顯微鏡（TEM）進行表征。此外，課題組還利用FusionScope多功能顯微鏡研究了通過FEBID方法制備的MFM探針在測量中的耐磨性以及長期使用穩(wěn)定性。通過在不同環(huán)境下的測試，課題組發(fā)現(xiàn)通過FEBID方法所制備的MFM磁性探針依然具有優(yōu)異的表現(xiàn)。相關(guān)工作以《Additive Manufacturing of Co₃Fe Nano-Probes for Magnetic Force Microscopy 》為題在SCI期刊《Nanomaterials》上發(fā)表。

　　文中使用的FusionScope多功能顯微鏡采用AFM+SEM原位同步聯(lián)用技術(shù)，可在同一用戶界面、同一位置進行AFM和SEM的互補性綜合測量。同時，AFM還可輕松實現(xiàn)高級工作模式如：力曲線、導(dǎo)電原子力顯微鏡（C-AFM）和磁力顯微鏡（MFM）等，以滿足不同測量需求。其原位進行0°-80°AFM與樣品臺同時旋轉(zhuǎn)功能，可以無盲區(qū)實現(xiàn)復(fù)雜形貌樣品的測量。

FusionScope多功能顯微鏡設(shè)備圖

　　【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 通過FEBID方法制備基于Co₃Fe磁性材料的MFM探針的示意圖。（a）實驗中所選用的無針尖壓電探針。（b）5keV，5.2pA條件下制備的納米結(jié)構(gòu)。（c）Co₃Fe磁性材料的空心微錐結(jié)構(gòu)。（d）錐形結(jié)構(gòu)的制備方法。（e）通過（d）中的策略所制備的針尖。（f）通過上述方法所制備的半徑為10nm的針尖和（g）商業(yè)MFM探針針尖的對比圖。

圖2. 通過FusionScope測量的不同形貌的針尖對于MFM成像效果的影響。

圖3. 所制備MFM探針在長時間使用下的穩(wěn)定性。（a）為樣品三維形貌圖。（b）為樣品的MFM表征結(jié)果。

圖4. 所制備的MFM探針在環(huán)境中長時間保存后的測量性能對比。(a)剛完成制備時探針的MFM表征。（b）制備1年后的探針的表征結(jié)果。

　　【結(jié)論】

　　本文中，格拉茨技術(shù)大學(xué)相關(guān)團隊通過聚焦電子束誘導(dǎo)沉積（FEBID）的方式制備了基于Co₃Fe磁性材料，所制備MFM探針針尖僅有10 nm，與已有的商業(yè)MFM探針相比在微結(jié)構(gòu)尺寸上具有明顯優(yōu)勢。通過對所制備MFM探針在各種磁學(xué)樣品表面進行表征得知，該方法所制備的MFM探針具有分辨率高，耐磨且穩(wěn)定的優(yōu)點。該研究為相關(guān)微納磁學(xué)相關(guān)的研究提供了可能性。值得注意的是，文中MFM的校正工作是在Quantum Design公司研發(fā)的FusionScope多功能顯微鏡上完成的。設(shè)備不僅提供了傳統(tǒng)掃描電鏡（SEM）的形貌表征，還對樣品微區(qū)進行了三維形貌，磁學(xué)等性能的原位表征。不難看出，F(xiàn)usionScope多功能顯微鏡在微區(qū)原位立體表征方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。

　　相關(guān)產(chǎn)品

　　1. FusionScope多功能顯微鏡：http://www.buyu5683.com/product/2022111627.shtml