專利名稱：磁疇觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁疇，特別是一種磁疇觀測裝置。
技術(shù)背景納米磁性材料是一種重要的納米材料。除了具有納米材料的介觀特性外，還具 有其特殊的磁性能，如量子尺寸效應(yīng)、超順磁性，交換耦合特性，磁各向異性以及 磁致伸縮效應(yīng)等。這些性質(zhì)使其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中具有重要而廣泛的應(yīng)用，從而使 納米磁性材料成為國際科技研究的熱點領(lǐng)域之一。磁疇結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律直接決定 了磁性材料的物理性質(zhì)和應(yīng)用方向，因此納米尺度的磁疇檢測是進行納米磁性材料 研究的前提條件。目前觀測磁性材料上的磁疇主要是通過磁力顯微鏡來實現(xiàn)的。磁力顯微鏡中鍍 有磁性薄膜的探針會與被測樣品所產(chǎn)生的磁場發(fā)生相互作用，這使得磁力顯微鏡的 微探針懸臂的彎曲程度和共振頻率發(fā)生變化，通過分析探針振動位相或頻率的改變 可得出被測樣品上的磁疇結(jié)構(gòu)及分布等信息。這種方法對被測樣品的制備質(zhì)量要求 較低且允許施加的磁場范圍較大，但也存在如下不足之處1) 磁力顯微鏡的價格昂貴，在100萬元以上；2) 對被測樣品的尺寸有要求，直徑在15cm以下；3) 磁力顯微鏡所用針尖較昂貴(一般為1000元以上)并易損壞；且當(dāng)被測樣品 與針尖所用材料的磁性不匹配時(針尖和樣品各自的漏磁場和各向異性場需滿足一 定條件)，針尖和樣品之間會形成磁化干擾，得到的磁疇結(jié)構(gòu)分布圖將由表征正常疇 結(jié)構(gòu)的雜散場襯度和干擾形成的磁化襯度疊加而成。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種磁疇觀測裝 置，該裝置應(yīng)具有造價較低、不易損壞，不受待測樣品的尺寸限制，通用性強的特 點。本發(fā)明的基本構(gòu)思本發(fā)明是基于巨磁阻磁頭的電阻值隨外界磁場的變化而變化的原理進行磁疇的 觀測的。給巨磁阻磁頭加上一個恒定的電流后，當(dāng)外界的磁場發(fā)生變化時，巨磁阻磁頭本身的電阻值會改變，因而此巨磁阻磁頭的讀出信號端的電壓信號也會發(fā)生相 應(yīng)變化。利用偽彩色法并通過計算機中的軟件將巨磁阻磁頭掃描待測樣品表面時所 獲得的一系列電壓數(shù)據(jù)進行畫圖，即可得出被測樣品上磁疇結(jié)構(gòu)及其分布情況。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種磁疇觀測裝置，其構(gòu)成的特點是在電控位移臺上固定有一供置放待測樣品的四維樣品調(diào)整架，在該四維樣品調(diào)整架的正前設(shè)有xy向掃描器，在該xy向掃 描器中間的方形通孔內(nèi)壁上設(shè)有沿z軸運動的z向掃描器，在該z向掃描器的后端 固定磁頭夾具，該磁頭夾具的后端固定巨磁阻磁頭，在該巨磁阻磁頭的一側(cè)是光學(xué) 顯微鏡、CCD攝像頭和監(jiān)視器，所述的光學(xué)顯微鏡和CCD攝像頭組合在一起后和 所述的巨磁阻磁頭的滑塊同光軸并構(gòu)成成像關(guān)系，所述的光軸與z軸垂直，所述的 CCD攝像頭的輸出端接所述的監(jiān)視器的輸入端，在所述的巨磁阻磁頭的另一側(cè)與所 述的光學(xué)顯微鏡相對設(shè)有離子風(fēng)機，所述的巨磁阻磁頭的讀出信號端通過所述的磁 頭夾具與數(shù)字源表相連，該數(shù)字源表一方面向所述的巨磁阻磁頭提供一個恒定的電流，同時采集所述的巨磁阻磁頭讀出信號端的電壓信號，該數(shù)字源表的信號輸出端 與計算機相連。所述的磁頭夾具是由防靜電材料制成的。將固定待測樣品的四維樣品架固定在電控位移臺上，由電控位移臺帶動四維樣 品架在z向上移動，由電控位移臺和四維樣品架作為待測樣品的粗定位裝置；巨磁阻磁頭固定在磁頭夾具上，由z向掃描器和xy向掃描器帶動巨磁阻磁頭在 z向上向待測樣品做細(xì)逼近，并對待測樣品表面在xy向上進行掃描；利用光學(xué)顯微鏡、CCD攝像頭和監(jiān)視器實時觀測巨磁阻磁頭和待測樣品之間的 接觸情況；用離子風(fēng)機對巨磁阻磁頭吹風(fēng)消除靜電對巨磁阻磁頭的影響； 所述的計算機具有繪圖軟件，利用偽彩色法并通過計算機中的繪圖軟件將巨磁阻磁頭掃描待測樣品表面所獲得的一系列電壓數(shù)據(jù)進行畫圖，得出被測樣品上磁疇結(jié)構(gòu)及其分布情況。本發(fā)明相對于在先技術(shù)有以下優(yōu)點1、 造價比較低，在50萬元以下；2、 巨磁阻磁頭是商用磁頭，較便宜(一般兩美元左右)；利用離子風(fēng)機解決了 巨磁阻磁頭易受靜電損壞的問題后， 一般不會受其它問題的影響而導(dǎo)致?lián)p壞；不存4在與磁性材料之間的匹配問題；3、 對被測樣品的尺寸沒有限制；4、 為配合微米水平待掃描區(qū)域的選擇，設(shè)置了四維樣品架，作為樣品的粗定位 裝置?？傊?，本發(fā)明裝置具有造價較低、不易損壞，不受待測樣品的尺寸限制，通用 性強。


圖1為本發(fā)明磁疇觀測裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明磁疇觀測裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見， 本發(fā)明磁疇觀測裝置的構(gòu)成為在電控位移臺3上固定有一供置放待測樣品1的四維樣品調(diào)整架2，在該四維樣品調(diào)整架2的正前設(shè)有xy向掃描器8，在該xy向掃描 器8中間的方形通孔內(nèi)壁上設(shè)有沿z軸運動的z向掃描器7,在該z向掃描器7的后 端固定磁頭夾具IO，該磁頭夾具10的后端固定巨磁阻磁頭9，在該巨磁阻磁頭9的 一側(cè)是光學(xué)顯微鏡6、 CCD攝像頭5和監(jiān)視器4，所述的光學(xué)顯微鏡6和CCD攝像 頭5組合在一起后和所述的巨磁阻磁頭9的滑塊同光軸并構(gòu)成成像關(guān)系，所述的光 軸與z軸垂直，所述的CCD攝像頭5的輸出端接所述的監(jiān)視器4的輸入端，在所述 的巨磁阻磁頭9的另一側(cè)與所述的光學(xué)顯微鏡6相對設(shè)有離子風(fēng)機11，所述的巨磁 阻磁頭9的讀出信號端通過所述的磁頭夾具10與數(shù)字源表12相連，該數(shù)字源表12 一方面向所述的巨磁阻磁頭9提供一個恒定的電流，同時采集所述的巨磁阻磁頭9 讀出信號端的電壓信號，該數(shù)字源表12的信號輸出端與計算機13相連。本實施例中，電控位移臺3采用PI公司的M-405,DG型的線性位移平臺，它的 單向可重復(fù)精度為200納米；四維樣品調(diào)整架2固定在電控位移臺3上，作為樣品 的粗定位裝置，可調(diào)節(jié)待測樣品l的傾斜、仰角及其在xy方向上的運動；待測樣品 1固定在四維樣品調(diào)整架2上；xy向掃描器8采用PI公司的P-734.2C1型線性pzt 平臺執(zhí)行器，掃描范圍0.1mm*0.1mm,中間有5cm*5cm通孔，無負(fù)載共振頻率 500Hz; z向掃描器7采用PI公司的P-753.11C型器件，伸縮長度為0.012mm,固定 在xy向掃描器8的方形通孔內(nèi)壁上巨磁阻磁頭的夾具10固定在z向掃描器7上； 巨磁阻磁頭9固定在磁頭夾具10上；CCD攝像頭5和光學(xué)顯微鏡6組合在一起，CCD攝像頭5的輸出信號供給監(jiān)視器4，這三個器件固定在巨磁阻磁頭9的側(cè)面， 垂直于z向；巨磁阻磁頭9的滑塊到光學(xué)顯微鏡6的鏡面的距離等于光學(xué)顯微鏡6 的工作距離，巨磁阻磁頭9的滑塊和光學(xué)顯微鏡6同軸；離子風(fēng)機ll位于巨磁阻磁 頭9的另一個側(cè)面，與光學(xué)顯微鏡6的鏡面相對立，離子風(fēng)機ll到巨磁阻磁頭的距 離為約50厘米；數(shù)字源表12采用美國吉時利公司的2601型號數(shù)字源表，它通過磁 頭夾具10與巨磁阻磁頭9的讀出信號端相連并通過GPIB卡與計算機13相連。本發(fā)明在工作過程中，運用監(jiān)視器4、 CCD攝像頭5和光學(xué)顯微鏡6協(xié)助調(diào)控 巨磁阻磁頭9與待測樣品1的接觸情況；離子風(fēng)機11和磁頭夾具10可以保證巨磁 阻磁頭9不被靜電損壞；數(shù)字源表12給巨磁阻磁頭9提供一個恒定的大小為1毫安 的電流，并采集巨磁阻磁頭9的讀出信號端的電壓信號，且將此電壓信號實時的傳 遞到計算機13中。工作時，先由電控位移臺3帶動四維樣品調(diào)整架2向巨磁阻磁頭 9做粗逼近，z向掃描器帶動巨磁阻磁頭9向待測樣品1做細(xì)逼近。當(dāng)巨磁阻磁頭9 已經(jīng)完全的貼到待測樣品1的表面上時，xy向掃描器8帶動巨磁阻磁頭9在xy方 向上掃描樣品的一塊區(qū)域，這時計算機13也通過數(shù)字源表12實時采集到了巨磁阻 磁頭9在掃描待測樣品1表面時的一系列與坐標(biāo)位置相對應(yīng)電壓信號數(shù)據(jù)，利用偽 彩色法通過計算機中的軟件將這些電壓數(shù)據(jù)進行畫圖即可得到樣品1的磁疇結(jié)構(gòu)及 其分布情況，這種數(shù)據(jù)處理軟件為通用軟件，恕我不在此贅述。
權(quán)利要求
1、一種磁疇觀測裝置，特征在于其構(gòu)成為在電控位移臺(3)上固定有一供置放待測樣品(1)的四維樣品調(diào)整架(2)，在該四維樣品調(diào)整架(2)的正前設(shè)有xy向掃描器(8)，在該xy向掃描器(8)中間的方形通孔內(nèi)壁上設(shè)有沿z軸運動的z向掃描器(7)，在該z向掃描器(7)的后端固定磁頭夾具(10)，該磁頭夾具(10)后端固定巨磁阻磁頭(9)，在該巨磁阻磁頭(9)的一側(cè)是光學(xué)顯微鏡(6)、CCD攝像頭(5)和監(jiān)視器(4)，所述的光學(xué)顯微鏡(6)和CCD攝像頭(5)組合在一起后和所述的巨磁阻磁頭(9)的滑塊同光軸并構(gòu)成成像關(guān)系，所述的光軸與z軸垂直，所述的CCD攝像頭(5)的輸出端接所述的監(jiān)視器(4)的輸入端，在所述的巨磁阻磁頭(9)的另一側(cè)與所述的光學(xué)顯微鏡(6)相對設(shè)有離子風(fēng)機(11)，所述的巨磁阻磁頭(9)的讀出信號端通過所述的磁頭夾具(10)與數(shù)字源表(12)相連，該數(shù)字源表(12)一方面向所述的巨磁阻磁頭(9)提供一個恒定的電流，同時采集所述的巨磁阻磁頭(9)讀出信號端的電壓信號，該數(shù)字源表(12)的信號輸出端與計算機(13)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁疇觀測裝置，其特征在于所述的磁頭夾具(10)是 由防靜電材料制成的。
全文摘要
一種磁疇觀測裝置，其構(gòu)成是在電控位移臺上固定有供置放待測樣品的四維樣品調(diào)整架，在該四維樣品調(diào)整架的正前設(shè)有xy向掃描器，在該xy向掃描器中間的方形通孔內(nèi)壁上設(shè)有沿z軸運動的z向掃描器，在該z向掃描器的后端固定磁頭夾具，該磁頭夾具的后端固定巨磁阻磁頭，在該巨磁阻磁頭的一側(cè)是光學(xué)顯微鏡、CCD攝像頭和監(jiān)視器，所述的CCD攝像頭的輸出端接所述的監(jiān)視器的輸入端，在所述的巨磁阻磁頭的另一側(cè)設(shè)有離子風(fēng)機，所述的巨磁阻磁頭的讀出信號端與數(shù)字源表相連，該數(shù)字源表的信號輸出端與計算機相連。本發(fā)明具有造價較低、不易損壞，不受待測樣品的尺寸限制，通用性強的特點。
文檔編號G01R33/12GK101266286SQ20081003517
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者徐文東, 楊永斌 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所