铁磁共振磁交换力显微镜的极微弱磁信息测量研究

摘要

原子自旋间的相互作用力对原子级别磁性纳米构造体的表面磁性质的理解是极为重要的。磁交换力显微镜(MExFM:magnetic exchange force microscopy)是测量表面磁性信息的重要手段,但它的缺点一是需要加外部强磁场,对测量磁性材料表面信息有干扰,得不到真正的磁性信息;二是不能分离表面形貌信息和自旋磁性信息,两种信息耦合在一起。这就导致材料表面受外部磁场的影响,而且表面形貌和自旋磁性信息之间相互影响,使自旋间的相互作用力的检测和成像研究受到限制。为了解决上述问题,利用非接触式原子力显微镜(NC-AFM:non-contact atomic force microscopy),并采用微波照射磁性探针的方法,根据铁磁共振(FMR:ferromagnetic resonance)原理,分别独立提取磁性材料表面形貌和磁性信息,称之为铁磁共振磁交换力显微镜(FMR-MExFM),理论和实验结果表明此方法可以有效的分离两种信息。其中铁磁共振效应的研究是非常关键的一项,我们在共振效应理论研究的基础上,成功观察到铁磁共振现象,确定了共振频率,并实现了极微弱磁信息的检测及其与表面形貌信息的初步分离。铁磁共振效应的研究对铁磁共振磁交换力显微镜的开发、极微弱磁信息检测具有非常重要的作用,而铁磁共振下的磁交换力显微镜的成功开发可以促进对原子级磁性材料机能的理解以及磁性相关科学领域的进步,特别是对自旋电子元件的发展有很大的促进作用,是新世纪高度信息化社会不可缺少的测量技术。

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1 绪论

1.1 铁磁共振磁交换力显微镜的研究背景

1.2 SP-STM、MFM和MExFM的发展现状

1.3 研究意义

1.4 主要研究内容

2 原子力显微镜

2.1 引言

2.2 基本原理

2.3 工作模式

2.4 非接触式原子力显微镜中原子力作用机制

2.5 本章小结

3 铁磁共振磁交换力显微镜的原理

3.1 磁交换力显微镜的基本原理

3.2 磁交换作用力

3.3 磁性探针

3.4 铁磁共振

3.5 铁磁共振磁交换力显微镜

3.6 本章小结

4 铁磁共振（FMR）效应的观测及频率确定

4.1 微波传输理论

4.2 实验仪器

4.3 铁磁共振现象的观测

4.4 铁磁共振频率的确定

4.5 本章小结

5 极微弱磁信息的检测及成像

5.1 实验搭建

5.2 极微弱磁性信息和表面形貌信息提取的实验方法

5.3 硬盘表面磁信息与表面形貌信息的检测及成像

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文主要研究内容及结论

6.2 进一步的工作建议

参考文献