测量相互作用力的方法和用该相互作用力评价磁性的方法技术

一种测量样品和探头之间相互作用力的方法，样品和探头在非常接近的区域或ＲＫＫＹ型相互作用区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离，样品和探头之间的相对位移被检测到，在样品表面和探头磁矩方向互相平行的条件下，测得第一力，在样品表面和探头磁矩方向互相反平行的条件下，测得第二力。以所述第一和第二力之差作为相互作用力。基于测得的相互作用力，评价样品表面磁特性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
测量相互作用力的方法和用该相互作用力评价磁性的方法本专利技术涉及一种测量样品表面和与样品表面以很小距离相对的探头之间的相互作用力的方法，也涉及一种用该相互作用力评价样品表面磁性的方法。迄今，在许多已知的采用电子束分析固体样品的方法中，强度(电子的个数)和动能作为一种分析手段。另一种研究手段是电子自旋。已经提出几种基于电子自旋，评价固体物质微观表面磁性的方法。例如，已经提出几种以原子级分辨率确定各个原子磁矩方向的方法，如图1所示。根据电子学最近的进展，磁性记录介质上的记录密度一年比一年更高。图2是一个曲线图，表明根据磁性记录介质的进步记录密度的变化，以及各种评价表面磁性方法。水平轴代表阳历年时间，左手垂直轴代表线记录密度(周/厘米)，而右手垂直轴代表评价表面磁性方法的分辨率，单位是μm和nm。磁性记录从1900年具有波长为1mm开始，已经变得越来越密。现代硬盘的密度是0.16-0.19μm。通过电子全息摄影，可以在钴-铬介质上观察到0.085μm磁存储单元。表面磁性的评价方法的分辨率已经被提高。毕他技术的分辨率已经从1μm提高到0.7μm，而克耳效应方法的分辨率已经从1μm提高到0.5μm。自旋偏振扫描电子显微镜(SP-SEM)的分辨率已经从1984年的100-200μm提高到1994年的20nm。磁力显微镜(MFM)1987年具有100nm的分辨率，而1988年具有10nm的分辨率。电子全息摄影在1991年具有10nm的分辨率，而洛伦兹显微镜现在具有10nm的分辨率，在不久的将来将具有0.7nm的分辨率。如上所述，表面磁性评价的分辨率已经越来越高。但是，无论在材料特性的基础研究中，还是在工程中，例如磁记录都需要较高的分辨率。因而，急切地需要发展一种能以原子级分辨率评价固体表面磁特性的评价方法。本申请的专利技术者已经提出一种自旋偏振扫描隧道显微镜(SP-STM)。图3是一个示意图，表明证明SP-STM应用的一种实验装置。在实际的SP-STM中，样品由磁性材料制成，探头由砷化镓(GaAs)。但是，在实验装-->置中，样品由砷化镓制成，探头由镍(Ni)制成。只要研究SP-STM的原理，这不会引起任何问题。一个单状态激光二极管1被用做波长约为830nm，最大输出功率约为30mW的线偏振光源。线偏振激光束通过一个透镜2入射到普克尔盒3上。来自一个振荡器4的高压经高压放大器5加到普克尔盒3上。然后，所激发的圆偏振激光束被调制，以约400Hz的调制频率调制为右手圆偏振和左手圆偏振以这种方式，所激发的电子的自旋偏振被改变。调制后的激光束通过反射镜6-8，λ/4板9和透镜10入射到样品11上作为激发光。由镍晶体线制成的探头12被DC电压源13偏压，在压电元件14的控制下，进入与样品11表面非常接近的区域，使得隧道电流可以从样品流到探头。产生的隧道电流被控制单元15检测到，控制单元的输出信号与来自振荡器4的输出信号一起加到监视器16上。以这种方式，取决于样品11表面的自旋偏振的隧道电流被检测到。在SP-STM中，由辐射激发产生的隧道电流被检测，因而不能被用于电绝缘磁性材料。专利技术者已经提出一种原子力显微镜(AMF)，可以检测样品与探头之间的相互作用力。这种原子力显微镜可以用于绝缘物体。在已知的原子力显微镜中，探头尖端与样品接触，或者进入与样品非常接近的区域，检测加到探头的力。专利技术者已经研究了这种通过测量探头与样品表面之间相互作用力，评价样品表面磁性的原子力显微镜。在已知的原子力显微镜中，在非接触区域，即探头尖端与样品表面以相对较大的距离分开的区域内，或者在接触区域，即探头尖端与样品表面接触的区域内，进行测量。在非接触的区域内测量时，测量磁性偶极子之间产生的磁力。但是，这些力是远程力，因此不能实现原子级分辨率。在接触的区域内测量时，尽管可以以原子级分辨率评价表面结构，但不可能以精确方式测量样品与探头之间的相互作用力，因为探头尖端与样品表面接触，受到样品表面磁特性的影响。因而，不可能以精确方式评价样品表面的固有磁性。本专利技术的目的在于提供一种新颖而有用的，以原子级分辨率，测量探头和电导体或电绝缘样品之间的相互作用力的方法。本专利技术的另一目的在于提供一种以原子级分辨率评价样品表面磁特性，而不影响样品的磁特性的方法。-->根据本专利技术，一种测量两种物质之间相互作用力的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，其中所述的两种物质互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离，同时测量所述两种物质之间的相互作用力。根据本专利技术，一种测量两种物质之间相互作用力的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，包括以下步骤：使所述的两种物质互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离；在所述两种物质磁矩方向互相平行的条件下，测量所述两种物质之间的相互作用力，得到第一力；在所述两种物质磁矩方向互相反平行的条件下，测量所述两种物质之间的相互作用力，得到第二力；和得到所述第一和第二力之间的差，作为所述两种物质之间的相互作用力。根据本专利技术，一种测量样品和探头之间相互作用力的方法，包括以下步骤：将所述的样品表面和探头互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离；在所述的样品表面和探头的磁矩方向互相平行的条件下，测量加在所述探头上的力，得到第一力；在所述的样品表面和探头的磁矩方向互相反平行的条件下，测量加在所述探头上的力，得到第二力；和得到所述第一和第二力之间的差，作为所述的样品表面和探头之间的相互作用力。根据本专利技术，一种评价两种物质磁特性的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，而且至少其中之一的磁特性已知，包括以下步骤：将所述的两种物质互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离；-->在所述两种物质磁矩方向互相平行的条件下，测量所述两种物质之间的力，得到第一力；在所述两种物质磁矩方向互相反平行的条件下，测量所述两种物质之间的力，得到第二力；得到所述第一和第二力之间的差，作为所述两种物质之间的相互作用力；和基于所述两种物质之间的所述相互作用力，评价所述两种物质中另一个的磁特性。根据本专利技术，一种通过测量所述样品和磁特性已知的探头之间的相互作用力，评价样品磁特性的方法，，包括以下步骤：将所述的样品表面和探头互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离；在所述样品表面和探头磁矩方向互相平行的条件下，测量加在所述探头上的力，得到第一力；在所述样品表面和探头磁矩方向互相反平行的条件下，测量加在所述探头上的力，得到第二力；得到所述第一和第二力之间的差，作为所述的样品表面和所述探头之间的相互作用力；和基于所述样品表面和所述探头之间的所述相互作用力，评价所述样品表面磁特性。在测量由具有晶格常数a的过渡金属制成的样品与由相同过渡金属制成的探头之间的相互作用力的情况下，探头与样品表面相对的距离为d，满足条件1.0≤d/a≤1.7。在根据本专利技术的方法中，最好通过在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量两种物质之间相互作用力的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，其中所述的两种物质互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离，同时测量所述两种物质之间的相互作用力。

【技术特征摘要】
JP 1997-4-3 85148/971、一种测量两种物质之间相互作用力的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，其中所述的两种物质互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离，同时测量所述两种物质之间的相互作用力。2、一种测量两种物质之间相互作用力的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，包括以下步骤：将所述的两种物质互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离；在所述两种物质磁矩方向互相平行的条件下，测量所述两种物质之间的相互作用力，得到第一力；在所述两种物质磁矩方向互相反平行的条件下，测量所述两种物质之间的相互作用力，得到第二力；和得到所述第一和第二力之间的差，作为所述两种物质之间的相互作用力。3、一种测量样品和探头之间相互作用力的方法，包括以下步骤：将所述的样品表面和探头互相在非常接近的区域内相对，即从传导电子云开始互相重叠的距离，到定域电子云不互相明显重叠的距离；在所述的样品表面和探头磁矩方向互相平行的条件下，测量加在所述探头上的力，得到第一力；在所述的样品表面和探头磁矩方向互相反平行的条件下，测量加在所述探头上的力，得到第二力；和得到所述第一和第二力之间的差，作为所述的样品表面和探头之间的相互作用力。4、根据权利要求3的方法，其中所述样品和探头由具有晶格常数a的过渡金属制成，探头与样品表面相对的距离为d，满足条件1.0≤d/a≤1.7。5、一种评价两种物质磁特性的方法，其中每种物质包含定域电子，且至少其中之一包含传导电子，而且至少其中之一的磁特性已知，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：武笠幸一，早川和延，末冈和久，中村浩次，田附雄一，长谷川秀夫，小口多美夫，
申请(专利权)人：北海道大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]