交換力顕微鏡における最適なプローブの開発

交换力显微镜最佳探针的开发

• 批准号: 00J07154
• 负责人: 中村 基訓
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J07154/
• 关键词: EFM; SMRM; カンチレバー; MR効果

本研究では、物質表面のスピン状態を観測できる交換力顕微鏡(Exchange Force Microscope : EFM)用の最適なプローブの開発を目的としている。今年度はその基礎研究として試料からの局所的な漏えい磁場を定量的に測定することが可能な走査型磁気抵抗効果顕微鏡(Scanning Magnetoresistance Microscope : SMRM)用プローブの改良およびその空間分解能・感度の評価を行った。昨年度までのプローブの試作およびその評価をうけ、リード電極部の材料の改善・4端子化、作製プロセスの最適化を実現することで、SMRM用プローブであるMR素子を搭載したカンチレバーを歩留まり良く作製することを可能にした。また、MRセンサのアスペクト比を変えることによるMR特性の違いについても検討した。さらに作製したプローブを市販のプローブ顕微鏡ユニットに搭載し、磁性ガーネット表面からの漏えい磁場のマッピングを行った。取得した像からプローブの空間分解能と磁場感度を見積もると、5μm×1μmというMR素子サイズのプローブを用いた場合、空間分解能は約1μm、磁場感度は数Oe程度であることがわかった。プローブの空間分解能を改善するにはMRセンサの微細化が必要であり、現行の作製プロセスを用いても微細化(〜100nm)は容易に達成できる。現在採用している異方性磁気抵抗素子(Anisotropic Magnetoresistive sensor : AMR sensor)を用いた場合、素子を微細化することで100nm程度の空間分解能が達成できると考えられる。さらに高感度なスピンバルブ素子を磁気センサとして搭載すれば、さらなる高分解能化が実現できる。数10nm程度の分解能が達成されれば、磁気抵抗素子を搭載したカンチレバーが交換力顕微鏡用の有力なプローブになると考えられる。

本研究的目的是开发一种用于交换力显微镜（EFM）的最佳探针，可以观察材料表面的自旋状态。今年的基础研究将涉及改进扫描磁阻显微镜（SMRM）探针，该探针可以定量测量样品中的局部漏磁场，并评估其空间分辨率和灵敏度。基于去年的探针原型和评估，我们改进了引线电极部分的材料，将其改为4端子，并优化了制造工艺，生产了配备MR元件的悬臂梁，即SMRM探针，使之成为可能。我们还研究了因改变 MR 传感器的纵横比而导致的 MR 特性差异。此外，将制作的探针安装在市售的探针显微镜装置上，并绘制了磁性石榴石表面的漏磁场图。根据采集的图像估计探头的空间分辨率和磁场灵敏度，我们发现当使用MR元件尺寸为5μm x 1μm的探头时，空间分辨率约为1μm，磁场灵敏度约为几倍大江。为了提高探针的空间分辨率，有必要使MR传感器小型化，而使用当前的制造工艺很容易实现小型化（~100 nm）。当使用当前使用的各向异性磁阻传感器(AMR传感器)时，认为可以通过使元件小型化来实现约100nm的空间分辨率。如果安装高灵敏度的自旋阀元件作为磁传感器，则可以实现更高的分辨率。如果达到几十纳米的分辨率，配备磁阻元件的悬臂将成为交换力显微镜的有效探针。

项目成果

Motonori Nakamura: "Scanning magnetoresistance microscopy with a magnetoresistive sensor cantilever"Applied Physics Letters. 80. 2713-2715 (2002)

Motonori Nakamura：“使用磁阻传感器悬臂梁扫描磁阻显微镜”应用物理快报。