스캐닝 홀 프로브 현미경

Scanning Hall probe microscope
(a) SHPM 설정의 도식. (b) 홀 센서의 광학 이미지(스케일 바 20 μm)와 홀 크로스 전자 마이크로그래프(스케일 바 1 μm)이다. (c) STM 팁에 의한 Au/Ge/Pb/Si2 멀티레이어 내 국소 난방 도식 초전도성은 소용돌이 근처에서 억제된다. (d) 소용돌이 격자의 SHPM 영상(개별 소용돌이 크기 ~ 1μm) (e) 터널링 전류를 적용한 후 홀 프로브 영상촬영을 위해 STM 팁을 들어올린 후 SHPM 영상. 핫스폿의 국소적 취소에 의해 끝 위치에서 소용돌이 군집이 형성된다.[1]

스캐닝 홀 프로브 현미경(SHPM)은 반도체 홀 센서로 스캐닝 튜닝링 현미경의 정확한 샘플 접근과 위치를 통합한 다양한 스캐닝 프로브 현미경이다. 이 조합은 샘플과 관련된 자기 유도를 매핑할 수 있다. 최첨단 SHPM 시스템은 2D 전자 가스 재료(예: GaAs/AlGaAs)를 활용해 자기장 민감도가 높은 고공간 해상도(~300nm) 영상을 제공한다. 자기력 현미경과는 달리 SHPM은 물질의 자기 상태에 대한 직접적인 정량적 정보를 제공한다. 또한 SHPM은 최대 1테슬라 및 광범위한 온도(밀리켈빈에서 300K)에 걸쳐 적용된 장에서 자기 유도를 영상화할 수 있다.[2]

SHPM은 박막, 영구 자석, MEMS 구조, PCB에 흔적을 전달하는 전류, 영구 디스크, 기록 매체와 같은 많은 유형의 자기 구조를 이미지화하는 데 사용될 수 있다.

다른 자기 래스터 스캔 방법에 대한 장점

SHPM은 여러 가지 이유로 우수한 자기 영상 기술이다. MFM은 MFM 기법과 달리 더 높은 공간 분해능(~30nm) 영상을 제공하지만, 홀 프로브는 기본 자기 구조에 무시할 수 있는 힘을 발휘하며 비침습적이다. 자기장식 기법과는 달리 같은 부위를 반복해서 스캔할 수 있다. 홀 프로브에 의한 자기장은 매우 미미하기 때문에 측정하는 샘플에 무시할 수 있는 영향을 미친다. 높이 조절을 위해 STM을 사용하지 않는 한 샘플은 전기 도체일 필요가 없다. 초고진공(UHV)에서 5~500K에서 측정할 수 있으며 결정 격자 또는 구조물에 비파괴적이다. 테스트에는 특별한 표면 준비나 코팅이 필요하지 않다. 검출 가능한 자기장 민감도는 약 0.1 uT – 10 T. SHPM을 STM과 같은 다른 스캐닝 방법과 결합할 수 있다.

제한 사항

SHPM과 작업할 때 몇 가지 단점이나 어려움이 있다. 초소형 홀 프로브의 열 소음으로 인해 고해상도 스캔이 어려워진다. 홀 프로브의 구조로 인해 최소 스캔 높이 거리가 있다. (이는 다층 설계로 인해 2DEG 반도체 프로브에서 특히 중요하다.) 스캔(리프트) 높이는 획득한 이미지에 영향을 미친다. 넓은 영역을 스캔하는 데는 상당한 시간이 걸린다. 어느 방향이든 비교적 짧은 실제 스캐닝 범위(1000s 마이크로미터 주문)가 있다. 하우징은 전자파 소음(파라데이 케이지), 음향 소음(방진 테이블), 공기 흐름(공기 격리 찬장) 및 샘플의 정적 충전(이온화 장치)을 차폐하는 데 중요하다.

참조

  1. ^ Ge, Jun-Yi; Gladilin, Vladimir N.; Tempere, Jacques; Xue, Cun; Devreese, Jozef T.; Van De Vondel, Joris; Zhou, Youhe; Moshchalkov, Victor V. (2016). "Nanoscale assembly of superconducting vortices with scanning tunnelling microscope tip". Nature Communications. 7: 13880. arXiv:1701.06316. Bibcode:2016NatCo...713880G. doi:10.1038/ncomms13880. PMC 5155158. PMID 27934960.
  2. ^ Chang, A. M.; Hallen, H. D.; Harriott, L.; Hess, H. F.; Kao, H. L.; Kwo, J.; Miller, R. E.; Wolfe, R.; Van Der Ziel, J.; Chang, T. Y. (1992). "Scanning Hall probe microscopy". Appl. Phys. Lett. 61 (16): 1974. Bibcode:1992ApPhL..61.1974C. doi:10.1063/1.108334.