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。

背景技術(shù)：
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(diǎn)領(lǐng)域之一。磁疇結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的。磁力顯微鏡中鍍有磁性薄膜的探針會(huì)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(dòng)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(duì)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(jià)格昂貴，在100萬元以上； 2)對(duì)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(shí)(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(huì)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(jià)較低、不易損壞，不受待測樣品的尺寸限制，通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
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(jìn)行磁疇的觀測的。給巨磁阻磁頭加上一個(gè)恒定的電流后，當(dāng)外界的磁場發(fā)生變化時(shí)，巨磁阻磁頭本身的電阻值會(huì)改變，因而此巨磁阻磁頭的讀出信號(hào)端的電壓信號(hào)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。利用偽彩色法并通過計(jì)算機(jī)中的軟件將巨磁阻磁頭掃描待測樣品表面時(shí)所獲得的一系列電壓數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)是在電控位移臺(tái)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(yùn)動(dòng)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裝有巨磁阻磁頭的磁頭懸架組件，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磁頭懸架組件中的滑塊同光軸并構(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(duì)設(shè)有離子風(fēng)機(jī)，所述的巨磁阻磁頭的讀出信號(hào)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(gè)恒定的電流，同時(shí)采集所述的巨磁阻磁頭讀出信號(hào)端的電壓信號(hào)，該數(shù)字源表的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)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(tái)上，由電控位移臺(tái)帶動(dòng)四維樣品架在z向上移動(dòng)，由電控位移臺(tái)和四維樣品架作為待測樣品的粗定位裝置； 磁頭懸架組件固定在磁頭夾具上，由z向掃描器和xy向掃描器帶動(dòng)巨磁阻磁頭在z向上向待測樣品做細(xì)逼近，并對(duì)待測樣品表面在xy向上進(jìn)行掃描； 利用光學(xué)顯微鏡、CCD攝像頭和監(jiān)視器實(shí)時(shí)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(jī)對(duì)巨磁阻磁頭吹風(fēng)消除靜電對(duì)巨磁阻磁頭的影響； 所述的計(jì)算機(jī)具有繪圖軟件，利用偽彩色法并通過計(jì)算機(jī)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(jìn)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(duì)于在先技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn) 1、造價(jià)比較低，在50萬元以下； 2、裝有巨磁阻磁頭的磁頭懸架組件是商用的，較便宜(一般兩美元左右)；利用離子風(fēng)機(jī)解決了巨磁阻磁頭易受靜電損壞的問題后，一般不會(huì)受其它問題的影響而導(dǎo)致?lián)p壞；不存在與磁性材料之間的匹配問題； 3、對(duì)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。
總之，本發(fā)明裝置具有造價(jià)較低、不易損壞，不受待測樣品的尺寸限制，通用性強(qiáng)。



圖1為本發(fā)明磁疇觀測裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為圖1中磁頭懸架組件9的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明磁疇觀測裝置實(shí)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(tái)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(yùn)動(dòng)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的后端固定裝有巨磁阻磁頭901的磁頭懸架組件9，在該巨磁阻磁頭901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磁頭懸架組件9中的滑塊902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901的另一側(cè)與所述的光學(xué)顯微鏡6相對(duì)設(shè)有離子風(fēng)機(jī)11，所述的巨磁阻磁頭901的讀出信號(hào)端903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901提供一個(gè)恒定的電流，同時(shí)采集所述的巨磁阻磁頭901讀出信號(hào)端903的電壓信號(hào)，該數(shù)字源表12的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)13相連。
本實(shí)施例中，電控位移臺(tái)3采用PI公司的M-405.DG型的線性位移平臺(tái)，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(tái)3上，作為樣品的粗定位裝置，可調(diào)節(jié)待測樣品1的傾斜、仰角及其在xy方向上的運(yùn)動(dòng)；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(tái)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；裝有巨磁阻磁頭901的磁頭懸架組件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(hào)供給監(jiān)視器4，這三個(gè)器件固定在巨磁阻磁頭901的側(cè)面，垂直于z向；磁頭懸架組件9中的滑塊902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，磁頭懸架組件9中的滑塊902和光學(xué)顯微鏡6同軸；離子風(fēng)機(jī)11位于巨磁阻磁頭901的另一個(gè)側(cè)面，與光學(xué)顯微鏡6的鏡面相對(duì)立，離子風(fēng)機(jī)11到巨磁阻磁頭901的距離為約50厘米；數(shù)字源表12采用美國吉時(shí)利公司的2601型號(hào)數(shù)字源表，它通過磁頭夾具10與巨磁阻磁頭901的讀出信號(hào)端903相連并通過GPIB卡與計(jì)算機(jī)13相連。
本發(fā)明在工作過程中，運(yùn)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901與待測樣品1的接觸情況；離子風(fēng)機(jī)11和磁頭夾具10可以保證巨磁阻磁頭901不被靜電損壞；數(shù)字源表12給巨磁阻磁頭901提供一個(gè)恒定的大小為1毫安的電流，并采集巨磁阻磁頭901的讀出信號(hào)端903的電壓信號(hào)，且將此電壓信號(hào)實(shí)時(shí)的傳遞到計(jì)算機(jī)13中。工作時(shí)，先由電控位移臺(tái)3帶動(dòng)四維樣品調(diào)整架2向巨磁阻磁頭901做粗逼近，z向掃描器帶動(dòng)巨磁阻磁頭901向待測樣品1做細(xì)逼近。當(dāng)巨磁阻磁頭901已經(jīng)完全的貼到待測樣品1的表面上時(shí)，xy向掃描器8帶動(dòng)巨磁阻磁頭901在xy方向上掃描樣品的一塊區(qū)域，這時(shí)計(jì)算機(jī)13也通過數(shù)字源表12實(shí)時(shí)采集到了巨磁阻磁頭901在掃描待測樣品1表面時(shí)的一系列與坐標(biāo)位置相對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)數(shù)據(jù)，利用偽彩色法通過計(jì)算機(jī)中的軟件將這些電壓數(shù)據(jù)進(jìn)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(tái)(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(yùn)動(dòng)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)后端固定裝有巨磁阻磁頭(901)的磁頭懸架組件(9)，在該巨磁阻磁頭(901)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磁頭懸架組件(9)中的滑塊(902)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(901)的另一側(cè)與所述的光學(xué)顯微鏡(6)相對(duì)設(shè)有離子風(fēng)機(jī)(11)，所述的巨磁阻磁頭(901)的讀出信號(hào)端(903)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(901)提供一個(gè)恒定的電流，同時(shí)采集所述的巨磁阻磁頭(901)讀出信號(hào)端(903)的電壓信號(hào)，該數(shù)字源表(12)的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)(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(tái)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(yùn)動(dòng)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裝有巨磁阻磁頭的磁頭懸架組件，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(jī)，所述的巨磁阻磁頭的讀出信號(hào)端與數(shù)字源表相連，該數(shù)字源表的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明具有造價(jià)較低、不易損壞，不受待測樣品的尺寸限制，通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B21/36GK101320083SQ20081012745
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者楊永斌, 徐文東 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所