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JP2024087627A - Sample stage for alternating magnetic force microscope - Google Patents

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JP2024087627A
JP2024087627A JP2022202557A JP2022202557A JP2024087627A JP 2024087627 A JP2024087627 A JP 2024087627A JP 2022202557 A JP2022202557 A JP 2022202557A JP 2022202557 A JP2022202557 A JP 2022202557A JP 2024087627 A JP2024087627 A JP 2024087627A
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Japan
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alternating magnetic
magnetic force
force microscope
sample stage
flange portion
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Application number
JP2022202557A
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Japanese (ja)
Inventor
宣夫 佐藤
Nobuo Sato
真輝 角
Masaki Sumi
祐生 大山
Yuki OYAMA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chiba Institute of Technology
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Chiba Institute of Technology
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Abstract

【課題】本発明は、交番磁気力顕微鏡に用いた場合に、その探針近傍に、高い磁場強度であり、かつ、垂直性に優れた磁場を発生することができる交番磁気力顕微鏡用試料台を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係る交番磁気力顕微鏡用試料台は、筒部、筒部の一端に配された第1フランジ部、前記一端と逆側に配された第2フランジ部、を有する筐体と、前記筒部に導線が巻回されて構成されたコイルと、を備え、前記第1フランジ部の外面が平坦である。【選択図】図1[Problem] The present invention aims to provide a sample stage for an alternating magnetic force microscope that, when used with an alternating magnetic force microscope, can generate a magnetic field with high magnetic field strength and excellent perpendicularity in the vicinity of the probe. [Solution] A sample stage for an alternating magnetic force microscope according to one aspect of the present invention comprises a housing having a cylindrical portion, a first flange portion disposed at one end of the cylindrical portion, and a second flange portion disposed on the opposite side to the one end, and a coil formed by winding a conducting wire around the cylindrical portion, and the outer surface of the first flange portion is flat. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、交番磁気力顕微鏡用試料台に関する。 The present invention relates to a sample stage for an alternating magnetic force microscope.

走査型プローブ顕微鏡法の一つである交番磁気力顕微鏡(Alternating Magnetic Force Microscopy;A-MFM)は、試料下部から試料の上方に配置された磁性探針に対して交番磁場を発生させることで、従来の磁気力顕微鏡では測定が困難であった表面磁場の極性及び零検出を可能とする(非特許文献1参照)。 Alternating Magnetic Force Microscopy (A-MFM), a scanning probe microscopy method, generates an alternating magnetic field from below the sample to a magnetic probe placed above the sample, making it possible to detect the polarity and zero of the surface magnetic field, which was difficult to measure with conventional magnetic force microscopes (see non-patent document 1).

交番磁気力顕微鏡では、測定感度を高めるために、交流電磁石から発生する交番磁場の強度を高めることが望ましい。特許文献1には、強い交番磁場を低電圧かつ低発熱で発生させるために、所定の形状を有する交流電磁石が開示されている。 In an alternating magnetic force microscope, it is desirable to increase the strength of the alternating magnetic field generated by the alternating electromagnet in order to increase the measurement sensitivity. Patent Document 1 discloses an alternating electromagnet having a specific shape in order to generate a strong alternating magnetic field with low voltage and low heat generation.

特開2017-108023号公報JP 2017-108023 A

齊藤 準、「交番磁気力顕微鏡:空間分解能5nmと高機能性の実現」、先端計測分析技術・機器開発プログラム 新技術説明会、2016年3月15日、URL https://shingi.jst.go.jp/list/list_2015/2015_sentan.html#20160315X-002Jun Saito, "Alternating Magnetic Force Microscope: Achieving 5 nm Spatial Resolution and High Functionality," New Technology Briefing for the Advanced Measurement and Analysis Technology and Equipment Development Program, March 15, 2016, URL https://shingi.jst.go.jp/list/list_2015/2015_sentan.html#20160315X-002

しかしながら、非特許文献1に記載の技術では、交番磁場源となる交流電磁石と、交番磁場を印加する対象である探針との間に大きな間隙が存在する。そのため、特許文献1に記載されているような交流電磁石を非特許文献1に適用して強力な交番磁場を発生したとしても、大きな間隙により交番磁場の強度が減衰する。また、電磁石からの距離が大きくなるにつれて磁場が広がるため、探針近傍の磁場垂直性が低く、十分な空間分解能が得られない可能性がある。 However, in the technology described in Non-Patent Document 1, there is a large gap between the AC electromagnet that serves as the source of the alternating magnetic field and the probe to which the alternating magnetic field is applied. Therefore, even if an AC electromagnet such as that described in Non-Patent Document 1 is applied to Non-Patent Document 1 to generate a strong alternating magnetic field, the strength of the alternating magnetic field will be attenuated due to the large gap. In addition, since the magnetic field spreads as the distance from the electromagnet increases, the magnetic field perpendicularity near the probe is low, and there is a possibility that sufficient spatial resolution cannot be obtained.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、交番磁気力顕微鏡に用いた場合に、その探針近傍に、高い磁場強度であり、かつ、垂直性に優れた磁場を発生することができる交番磁気力顕微鏡用試料台を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a sample stage for an alternating magnetic force microscope that, when used with an alternating magnetic force microscope, can generate a magnetic field with high magnetic field strength and excellent perpendicularity in the vicinity of the probe.

本発明者らは、交番磁気力顕微鏡において、交番磁場発生源と探針との距離を短くすることで、探針近傍の磁場を高め、かつ、磁場の垂直性を均一にすることに着想し、交番磁場発生源を試料台とすることに想到した。 The inventors came up with the idea of shortening the distance between the alternating magnetic field source and the probe in an alternating magnetic force microscope, thereby increasing the magnetic field near the probe and making the magnetic field uniformly perpendicular, and came up with the idea of using the alternating magnetic field source as the sample stage.

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
[1] 本発明の一態様に係る交番磁気力顕微鏡用試料台は、筒部、筒部の一端に配された第1フランジ部、上記一端と逆側に配された第2フランジ部、を有する筐体と、
上記筒部に導線が巻回されて構成されたコイルと、を備え、
上記第1フランジ部の外面が平坦である。
[2]上記[1]に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台は、上記筒部の内部に収容された磁性コアをさらに備えていてもよい。
[3]上記[1]又は[2]に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台は、上記第1フランジ部及び上記導線の外周に配され、磁性体で構成されたリング状のカバーをさらに備えていてもよい。
[4]上記[1]~[3]のいずれかに記載の交番磁気力顕微鏡用試料台では、上記筐体が、主としてアルミニウムを含有する金属で構成されていてもよい。
[5]上記[1]~[3]のいずれかに記載の交番磁気力顕微鏡用試料台では、上記筐体が、ポリアセタール樹脂で構成されていてもよい。
[6]上記[1]~[5]のいずれかに記載の交番磁気力顕微鏡用試料台では、上記第2フランジ部が、上記交番磁気力顕微鏡用試料台を固定する固定部を備えていてもよい。
[7]上記[1]~[6]のいずれかに記載の交番磁気力顕微鏡用試料台は、直径が25mm以上、37mm以下であってもよい。
The present invention has been made based on these findings, and the gist of the present invention is as follows.
[1] A sample stage for an alternating magnetic force microscope according to one aspect of the present invention includes a housing having a cylindrical portion, a first flange portion disposed at one end of the cylindrical portion, and a second flange portion disposed on the opposite side to the one end;
a coil formed by winding a conductive wire around the cylindrical portion,
The outer surface of the first flange portion is flat.
[2] The alternating magnetic force microscope sample stage described in [1] above may further include a magnetic core housed inside the cylindrical portion.
[3] The sample stage for an alternating magnetic force microscope described in [1] or [2] above may further include a ring-shaped cover made of a magnetic material and arranged on the outer periphery of the first flange portion and the conductive wire.
[4] In the sample stage for an alternating magnetic force microscope according to any one of [1] to [3] above, the housing may be made of a metal that contains mainly aluminum.
[5] In the sample stage for an alternating magnetic force microscope according to any one of [1] to [3] above, the housing may be made of polyacetal resin.
[6] In the sample stage for an alternating magnetic force microscope described in any one of [1] to [5] above, the second flange portion may be provided with a fixing portion for fixing the sample stage for an alternating magnetic force microscope.
[7] The sample stage for an alternating magnetic force microscope according to any one of [1] to [6] above may have a diameter of 25 mm or more and 37 mm or less.

上記態様に係る交番磁気力顕微鏡用試料台によれば、交番磁気力顕微鏡に用いた場合に、その探針近傍に、高い磁場強度であり、かつ、垂直性に優れた磁場を発生することができるが可能である。 When the alternating magnetic force microscope sample stage according to the above aspect is used in an alternating magnetic force microscope, it is possible to generate a magnetic field with high magnetic field strength and excellent perpendicularity in the vicinity of the probe.

本発明の第1の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台の斜視図である。1 is a perspective view of a sample stage for an alternating magnetic force microscope according to a first embodiment of the present invention; 同実施形態における筐体の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a housing in the embodiment. 図1におけるIII-III断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台の斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a sample stage for an alternating magnetic force microscope according to a second embodiment of the present invention. 図4におけるIV-IV断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 本発明の第3の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a sample stage for an alternating magnetic force microscope according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台の側面図である。FIG. 13 is a side view of a sample stage for an alternating magnetic force microscope according to a fourth embodiment of the present invention. 交番磁気力顕微鏡用試料台の変形例を示す側面図である。FIG. 13 is a side view showing a modified example of the sample stage for the alternating magnetic force microscope. 交番磁気力顕微鏡用試料台の変形例を示す側面図である。FIG. 13 is a side view showing a modified example of the sample stage for the alternating magnetic force microscope. 実施例における磁束密度を測定するためのシステムの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a system for measuring magnetic flux density in an embodiment. 実施例における各交番磁気力顕微鏡用試料台のラインプロファイルの結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of line profiles of each sample stage for an alternating magnetic force microscope in an example. 実施例における各交番磁気力顕微鏡用試料台の周波数特性のグラフを示す。である。1 shows a graph of the frequency characteristics of each alternating magnetic force microscope sample stage in the examples.

以下、本発明の一実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1の斜視図である。図2は、本実施形態における筐体10の斜視図である。図3は、図1におけるIII-III断面図である。なお、図中の各構成要素の寸法、比率は、実際の各構成要素の寸法、比率を表すものではない。 The following describes a sample stage for an alternating magnetic force microscope according to one embodiment of the present invention with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a sample stage 1 for an alternating magnetic force microscope according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a housing 10 in this embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1. Note that the dimensions and ratios of each component in the figures do not represent the actual dimensions and ratios of each component.

<第1の実施形態>
本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1は、図1に示すように、筐体10と、コイル20と、を備える。
First Embodiment
As shown in FIG. 1, a sample stage 1 for an alternating magnetic force microscope according to this embodiment includes a housing 10 and a coil 20.

筐体10は、図2に示すように、筒部11、筒部11の軸方向の一端に配された第1フランジ部12、及び、一端と逆側に配された第2フランジ部13を有する。 As shown in FIG. 2, the housing 10 has a cylindrical portion 11, a first flange portion 12 disposed at one axial end of the cylindrical portion 11, and a second flange portion 13 disposed on the opposite side to the one end.

筒部11は、図3に示すように中空であり、筒部11の軸方向に垂直な断面の形状は円形となっている。筒部11の外周面には導線が巻かれ、コイル20が形成される。 As shown in FIG. 3, the cylindrical portion 11 is hollow, and the cross section perpendicular to the axial direction of the cylindrical portion 11 has a circular shape. A conducting wire is wound around the outer circumferential surface of the cylindrical portion 11 to form the coil 20.

筒部11の軸方向の一端には第1フランジ部12が配されている。第1フランジ部12の外面121は平坦となっている。外面121は、第1フランジ部12における筒部11と接続された面とは逆側の面である。外面121は平坦であるため、交番磁気力顕微鏡により観察される試料を配することができる。また、外面121が平坦であるため、交番磁気力顕微鏡の探針と試料との間の距離が一定になり、優れた分析精度が得られる。第1フランジ部12の厚さ(軸方向長さ)は、例えば2mm以下である。 A first flange portion 12 is disposed at one axial end of the cylindrical portion 11. The outer surface 121 of the first flange portion 12 is flat. The outer surface 121 is the surface of the first flange portion 12 opposite to the surface connected to the cylindrical portion 11. Because the outer surface 121 is flat, a sample to be observed by the alternating magnetic force microscope can be disposed thereon. In addition, because the outer surface 121 is flat, the distance between the probe of the alternating magnetic force microscope and the sample is constant, and excellent analytical accuracy can be obtained. The thickness (axial length) of the first flange portion 12 is, for example, 2 mm or less.

図2に示すように、筒部11における軸方向の第1フランジ部12が配された一端とは逆側には第2フランジ部13が配されている。第2フランジ部13は、交番磁気力顕微鏡のステージと接して配されて用いられる。そのため、本実施形態における第2フランジ部13において、第2フランジ部13における筒部11と接続された面とは逆側の面である外面131は平坦である。また、第2フランジ部13は、図2に示すように、コイル20を構成する導線の両端を引き出すための切り欠き132を有していてもよい。 As shown in FIG. 2, the second flange portion 13 is disposed on the opposite side of the axial end of the tube portion 11 from the end where the first flange portion 12 is disposed. The second flange portion 13 is disposed in contact with the stage of an alternating magnetic force microscope when used. Therefore, in the second flange portion 13 in this embodiment, the outer surface 131, which is the surface of the second flange portion 13 opposite the surface connected to the tube portion 11, is flat. In addition, the second flange portion 13 may have a notch 132 for pulling out both ends of the conductor that constitutes the coil 20, as shown in FIG. 2.

筐体10は、非磁性体で構成される。筐体10を構成する非磁性体としては、例えば、純アルミニウム、アルミニウム合金、ポリアセタール樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等が挙げられる。筐体10は、主としてアルミニウムを含有する金属(純アルミニウム、アルミニウム合金)で構成されていると、軽量かつ高強度となる。したがって、筐体10には、主としてアルミニウムを含有する金属が用いられることが好ましい。また、ポリアセタール樹脂は絶縁性に優れるため、交番磁場が発生したときの渦電流の発生が抑制される。そのため、高周波の電流をコイル20に通電した場合に、探針付近の磁場の強さをより大きくすることができる。更に、ポリアセタール樹脂であれば、磁場強度を維持しつつ、軽量化することができる。したがって、筐体10には、ポリアセタール樹脂が用いられることがより好ましい。 The housing 10 is made of a non-magnetic material. Examples of non-magnetic materials that make up the housing 10 include pure aluminum, aluminum alloys, polyacetal resins, and polymethyl methacrylate resins. If the housing 10 is made of a metal that mainly contains aluminum (pure aluminum, aluminum alloys), it will be lightweight and strong. Therefore, it is preferable to use a metal that mainly contains aluminum for the housing 10. In addition, polyacetal resin has excellent insulating properties, so the generation of eddy currents when an alternating magnetic field is generated is suppressed. Therefore, when a high-frequency current is passed through the coil 20, the strength of the magnetic field near the probe can be increased. Furthermore, if the housing 10 is made of polyacetal resin, it is possible to reduce the weight while maintaining the magnetic field strength. Therefore, it is more preferable to use polyacetal resin for the housing 10.

コイル20は、導線が筒部11に巻かれて構成される。導線には、公知のものが用いられてよく、例えば、エナメル線が用いられてよい。また、コイル20の巻き数は、要求される磁場の強度に応じて定められてよく、例えば、250~500とすることができる。 The coil 20 is formed by winding a conductor around the tube portion 11. Any known conductor may be used, for example, enameled wire. The number of turns of the coil 20 may be determined according to the required magnetic field strength, and may be, for example, 250 to 500.

交番磁気力顕微鏡用試料台1は、公知の交番磁気力顕微鏡のステージに配置されて使用される。そのため、交番磁場の発生源から交番磁気力顕微鏡の探針までの距離を短くすることができる。したがって、交番磁場の強度の減衰を従来よりも抑制することができ、また、探針近傍の磁場垂直性を向上させることができる。その結果、交番磁気力顕微鏡の空間分解能を向上させることができる。 The sample stage 1 for the alternating magnetic force microscope is placed on the stage of a known alternating magnetic force microscope for use. This allows the distance from the source of the alternating magnetic field to the probe of the alternating magnetic force microscope to be shortened. This therefore makes it possible to suppress attenuation of the intensity of the alternating magnetic field more than ever before, and also to improve the perpendicularity of the magnetic field near the probe. As a result, the spatial resolution of the alternating magnetic force microscope can be improved.

また、交番磁気力顕微鏡用試料台1は、公知の交番磁気力顕微鏡のステージに配置されて使用されるため、交番磁気力顕微鏡用試料台1は、公知の交番磁気力顕微鏡のステージに配置できるサイズであり、例えば、その直径は25mm以上37mm以下であり、高さ(軸方向長さ)は15mm以上22mm以下である。交番磁気力顕微鏡用試料台1によれば、上述したとおり、交番磁場の発生源から交番磁気力顕微鏡の探針までの距離を短くすることで、探針近傍の磁場強度を向上させることができる。そのため、従来の交番磁場の発生源と比較して小さな電流で観察に求められる磁場強度が得られることから、交番磁場を発生する交番磁気力顕微鏡用試料台1のサイズを、従来の交番磁場の発生源よりも小型化することができる。例えば、非特許文献1に記載された低磁場用の交番磁場発生源は、直径40mm、高さ28mmであるが、この交番磁場発生源による磁場強度と同程度の磁場強度を得るためには、交番磁気力顕微鏡用試料台1は、直径37mm、高さ22mm程度であればよい。 In addition, since the alternating magnetic force microscope sample stage 1 is used by being placed on the stage of a known alternating magnetic force microscope, the alternating magnetic force microscope sample stage 1 is a size that can be placed on the stage of a known alternating magnetic force microscope, for example, its diameter is 25 mm to 37 mm, and its height (axial length) is 15 mm to 22 mm. According to the alternating magnetic force microscope sample stage 1, as described above, the magnetic field strength near the probe can be improved by shortening the distance from the source of the alternating magnetic field to the probe of the alternating magnetic force microscope. Therefore, since the magnetic field strength required for observation can be obtained with a smaller current than that of a conventional alternating magnetic field source, the size of the alternating magnetic force microscope sample stage 1 that generates the alternating magnetic field can be made smaller than that of a conventional alternating magnetic field source. For example, the low-field alternating magnetic field source described in Non-Patent Document 1 has a diameter of 40 mm and a height of 28 mm, but to obtain a magnetic field strength similar to that produced by this alternating magnetic field source, the sample stage 1 for the alternating magnetic force microscope only needs to be approximately 37 mm in diameter and 22 mm in height.

また、交番磁気力顕微鏡用試料台1では、上述したとおり、交番磁気力顕微鏡用試料台1は交番磁場の発生源から交番磁気力顕微鏡の探針までの距離を短くすることができるため、小さな電流でも、交番磁気力顕微鏡の探針付近における磁場の強度を大きくすることができる。したがって、本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1によれば、電流の大きさを変更することで磁場強度を制御することができる。 As described above, the sample stage 1 for the alternating magnetic force microscope can shorten the distance from the source of the alternating magnetic field to the probe of the alternating magnetic force microscope, so that even with a small current, the strength of the magnetic field near the probe of the alternating magnetic force microscope can be increased. Therefore, with the sample stage 1 for the alternating magnetic force microscope according to this embodiment, the magnetic field strength can be controlled by changing the magnitude of the current.

<第2の実施形態>
続いて、図4、5を参照して、本発明の第2の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Aを説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台の斜視図である。図5は、図4におけるIV-IV断面図である。
Second Embodiment
Next, a sample stage 1A for an alternating magnetic force microscope according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 4 and 5. Figure 4 is a perspective view of a sample stage for an alternating magnetic force microscope according to the second embodiment of the present invention. Figure 5 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in Figure 4.

本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Aは、図4、5に示すように、筐体10と、コイル20と、カバー30と、を備える。交番磁気力顕微鏡用試料台1Aは、カバー30を備える点で交番磁気力顕微鏡用試料台1と異なり、筐体10及びコイル20は、第1の実施形態と同様であるため、ここでのこれらの説明は省略する。以下ではカバー30について説明する。 As shown in Figures 4 and 5, the sample stage 1A for alternating magnetic force microscopes according to this embodiment comprises a housing 10, a coil 20, and a cover 30. The sample stage 1A for alternating magnetic force microscopes differs from the sample stage 1 for alternating magnetic force microscopes in that it comprises a cover 30, but the housing 10 and the coil 20 are the same as those in the first embodiment, so a description of these will be omitted here. The cover 30 will be described below.

カバー30は、電磁鋼板が軸方向に積層されて形成されたリング状のカバーである。カバー30は、図5に示すように、第1フランジ部12及びコイル20の外周に配されている。カバー30により、漏れ磁束が低減し、磁束密度を高めることができる。また、カバー30が電磁鋼板の積層体であるため、カバー30に生じる渦電流が減少し、渦電流損を抑制することができる。 The cover 30 is a ring-shaped cover formed by stacking electromagnetic steel sheets in the axial direction. As shown in FIG. 5, the cover 30 is disposed on the outer periphery of the first flange portion 12 and the coil 20. The cover 30 reduces leakage magnetic flux and increases magnetic flux density. In addition, because the cover 30 is a laminate of electromagnetic steel sheets, eddy currents generated in the cover 30 are reduced, and eddy current loss can be suppressed.

カバー30を構成する電磁鋼板は、特段制限されず、公知のものであればよい。また、電磁鋼板の積層数も、コイル20に流れる電流の大きさに応じて定められればよい。 The electromagnetic steel sheets that make up the cover 30 are not particularly limited and may be any known type. The number of laminated layers of the electromagnetic steel sheets may also be determined according to the magnitude of the current flowing through the coil 20.

<第3の実施形態>
続いて、図6を参照して、本発明の第3の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Bを説明する。図6は、本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Bの中心軸を含む断面の断面図である。
Third Embodiment
Next, a sample stage 1B for an alternating magnetic force microscope according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6 is a cross-sectional view of a cross section including the central axis of the sample stage 1B for an alternating magnetic force microscope according to this embodiment.

本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Bは、図6に示すように、筐体10と、コイル20と、磁性コア40と、を備える。交番磁気力顕微鏡用試料台1Bは、磁性コア40を備える点で交番磁気力顕微鏡用試料台1と異なり、筐体10及びコイル20は、第1の実施形態と同様であるため、ここでのこれらの説明は省略する。以下では磁性コア40について説明する。 As shown in FIG. 6, the sample stage 1B for alternating magnetic force microscopes according to this embodiment includes a housing 10, a coil 20, and a magnetic core 40. The sample stage 1B for alternating magnetic force microscopes differs from the sample stage 1 for alternating magnetic force microscopes in that it includes a magnetic core 40, but the housing 10 and the coil 20 are the same as those in the first embodiment, so a description of these will be omitted here. The magnetic core 40 will be described below.

磁性コア40は、図6に示すように、筒部11の内部に収容されている。磁性コア40には、透磁率が高い材料が用いられ、例えば、純鉄、鉄系合金、又は酸化鉄を主成分とするフェライト、パーマロイ等が用いられる。また、磁性コア40は、電磁鋼板が積層した積層コアであってもよいし、アモルファスコアであってもよい。磁性コア40により、磁束密度を高めることができ、また、磁場垂直性が向上する。 As shown in FIG. 6, the magnetic core 40 is housed inside the tube portion 11. The magnetic core 40 is made of a material with high magnetic permeability, such as pure iron, an iron-based alloy, or a ferrite or permalloy whose main component is iron oxide. The magnetic core 40 may be a laminated core in which electromagnetic steel sheets are laminated, or an amorphous core. The magnetic core 40 can increase the magnetic flux density and improve the verticality of the magnetic field.

<第4の実施形態>
続いて、図7を参照して、本発明の第4の実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Cを説明する。図7は、本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Cの側面図である。
Fourth Embodiment
Next, a sample stage 1C for an alternating magnetic force microscope according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a side view of the sample stage 1C for an alternating magnetic force microscope according to this embodiment.

本実施形態に係る交番磁気力顕微鏡用試料台1Cは、図7に示すように、筐体10と、コイル20と、固定部50と、を備える。交番磁気力顕微鏡用試料台1Cは、固定部50を備える点で交番磁気力顕微鏡用試料台1と異なり、筐体10及びコイル20は、第1の実施形態と同様であるため、ここでのこれらの説明は省略する。以下では固定部50について説明する。 As shown in FIG. 7, the sample stage 1C for alternating magnetic force microscopes according to this embodiment includes a housing 10, a coil 20, and a fixed portion 50. The sample stage 1C for alternating magnetic force microscopes differs from the sample stage 1 for alternating magnetic force microscopes in that it includes a fixed portion 50, but the housing 10 and the coil 20 are the same as those in the first embodiment, so a description of these will be omitted here. The fixed portion 50 will be described below.

固定部50は、図7に示すように、筐体10における第2フランジ部13の外面131から延びたねじ切りされた部分である。交番磁気力顕微鏡のステージにねじ穴が設けられている場合に、固定部50が当該ねじ穴と嵌め合わされて、交番磁気力顕微鏡用試料台1Cが交番磁気力顕微鏡のステージに固定される。これにより、交番磁気力顕微鏡用試料台1Cをステージにより強固に固定することができる。 As shown in FIG. 7, the fixing portion 50 is a threaded portion extending from the outer surface 131 of the second flange portion 13 in the housing 10. When a threaded hole is provided in the stage of the alternating magnetic force microscope, the fixing portion 50 fits into the threaded hole and the alternating magnetic force microscope sample stage 1C is fixed to the stage of the alternating magnetic force microscope. This allows the alternating magnetic force microscope sample stage 1C to be more firmly fixed to the stage.

ここまで、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。例えば、上述した実施形態の構成が組み合わされてもよい。詳細には、本発明に係る交番磁気力顕微鏡用試料台は、カバー30、磁性コア40、及び固定部50のうちの2つ以上の構成を備えていてもよい。より大きな磁場強度及びより均一な磁場垂直性を実現するという観点から、交番磁気力顕微鏡用試料台は、カバー30及び磁性コア40を備えていることが好ましい。 Up to this point, the present invention has been described with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, the configurations of the above-mentioned embodiments may be combined. In detail, the alternating magnetic force microscope sample stage according to the present invention may include two or more of the cover 30, the magnetic core 40, and the fixed portion 50. From the viewpoint of achieving a greater magnetic field strength and a more uniform magnetic field perpendicularity, it is preferable that the alternating magnetic force microscope sample stage includes the cover 30 and the magnetic core 40.

また、第1フランジ部12は、例えば図8に示すように、筒部11と連通する孔を有しており、蓋122が当該孔に嵌合されていてもよい。この場合、第1フランジ部12の外面121と蓋122の外面とが平坦になるように構成される。筒部11と連通する孔を通じて、筒部11の内部に磁性コア40を装入し、及び、取り出すことができる。 The first flange portion 12 may have a hole communicating with the tubular portion 11, as shown in FIG. 8, for example, and the lid 122 may be fitted into the hole. In this case, the outer surface 121 of the first flange portion 12 and the outer surface of the lid 122 are configured to be flat. The magnetic core 40 can be inserted into and removed from the interior of the tubular portion 11 through the hole communicating with the tubular portion 11.

また、上述した第1の実施形態等では、筒部11の軸方向に垂直な断面の形状は円形であったが、当該形状は、円形に限られず、矩形等種々の形状であってよい。均一な磁場垂直性を実現するという観点からは、導線が軸方向に垂直な断面において均一に巻き付けられたコイル20とするために、筒部11の軸方向に垂直な断面の形状は円形であることが好ましい。 In the first embodiment and the like described above, the cross-section perpendicular to the axial direction of the tube portion 11 has a circular shape, but this shape is not limited to a circle and may be various shapes such as a rectangle. From the viewpoint of realizing uniform magnetic field verticality, it is preferable that the cross-section perpendicular to the axial direction of the tube portion 11 has a circular shape in order to form a coil 20 in which the conductor wire is wound uniformly in the cross-section perpendicular to the axial direction.

また、筒部11の内部の空間は、第1フランジ部12又は第2フランジ部13のいずれか一方に延びていてもよい。換言すると、第1フランジ部12又は第2フランジ部13の少なくともいずれかは、筒部11の内部の空間に接続される凹部を有していてもよい。例えば、図9に示す交番磁気力顕微鏡用試料台1Eでは、第1フランジ部12には筒部11の内部の空間に接続される凹部123が設けられており、第2フランジ部13には筒部11の内部の空間に接続される凹部133が設けられている。これにより、コイル20の高さ(軸方向長さ)よりも長尺の磁性コア40をコイル20の内側に配することができるため、磁場垂直性をより向上させることができる。 The space inside the tube portion 11 may extend to either the first flange portion 12 or the second flange portion 13. In other words, at least one of the first flange portion 12 or the second flange portion 13 may have a recess connected to the space inside the tube portion 11. For example, in the alternating magnetic force microscope sample stage 1E shown in FIG. 9, the first flange portion 12 is provided with a recess 123 connected to the space inside the tube portion 11, and the second flange portion 13 is provided with a recess 133 connected to the space inside the tube portion 11. This allows a magnetic core 40 that is longer than the height (axial length) of the coil 20 to be arranged inside the coil 20, thereby further improving the verticality of the magnetic field.

また、上述した第1の実施形態等では、筒部11は中空であったが、筒部11は中実であってもよい。筒部11が中実であれば、筐体10をより容易に製造することができる。 In addition, in the first embodiment and the like described above, the tube portion 11 is hollow, but the tube portion 11 may be solid. If the tube portion 11 is solid, the housing 10 can be manufactured more easily.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
交番磁気力顕微鏡用試料台(本発明例1~4)を作製した。本発明例1は、図3に示す、筐体と、コイルと、を備える交番磁気力顕微鏡用試料台とした。具体的には、筒部の直径が10mmであり、交番磁気力顕微鏡用試料台の高さは22mmであるとした。本発明例2は、本発明例1の筐体における筒部の内部に直径8mm、高さ20mmであり、JFEフェライト株式会社製の磁性コア(品番 I-93K)を装入した。本発明例3は、本発明例1の交番磁気力顕微鏡用試料台における第1フランジ部及びコイルの外周にカバーを設けた。カバーには、板厚0.3mmの電磁鋼板(電機資材株式会社製、品番30ZH105)を66枚積層したものを用いた。カバーの外径を37mmとし、肉厚mmとした。本発明例4は、本発明例3の交番磁気力顕微鏡用試料台における筒部の内部に、本発明例2の磁性コアと同様の磁性コアを装入した。本発明例1~4の筐体は、アルミニウム製とした。本発明例1~4において、導線には直径0.6mmのエナメル線を使用し、筒部に485回巻きつけてコイルとした。
Example 1
Sample stages for alternating magnetic force microscopes (inventive examples 1 to 4) were produced. In inventive example 1, an alternating magnetic force microscope sample stage was used that had a housing and a coil as shown in FIG. 3. Specifically, the diameter of the cylindrical portion was 10 mm, and the height of the alternating magnetic force microscope sample stage was 22 mm. In inventive example 2, a magnetic core (product number I-93K) manufactured by JFE Ferrite Corporation, having a diameter of 8 mm and a height of 20 mm, was inserted inside the cylindrical portion of the housing of inventive example 1. In inventive example 3, a cover was provided on the outer periphery of the first flange portion and the coil in the alternating magnetic force microscope sample stage of inventive example 1. The cover was made by laminating 66 sheets of electromagnetic steel plate (manufactured by Denki Shizai Co., Ltd., product number 30ZH105) having a thickness of 0.3 mm. The outer diameter of the cover was 37 mm, and the thickness was mm. In Inventive Example 4, a magnetic core similar to that in Inventive Example 2 was inserted inside the cylindrical portion of the alternating magnetic force microscope sample stage in Inventive Example 3. The housings in Inventive Examples 1 to 4 were made of aluminum. In Inventive Examples 1 to 4, an enameled wire with a diameter of 0.6 mm was used as the conductor, and the coil was wound 485 times around the cylindrical portion.

本発明例1~4の各交番磁気力顕微鏡用試料台について、図10に示す磁場測定システムを用いて、磁場均一性の評価を行った。図10は、実施例における磁場測定システムの概略構成図である。交番磁気力顕微鏡用試料台の第1フランジ部の外面からホールセンサまでの距離を2mmとした。この距離は、交番磁気力顕微鏡において取り得る、試料が配されたステージの上面から探針までの距離に相当する。コイルに流す電流は、信号源としてファンクションジェネレータ(WF1974、エヌエフ回路設計ブロック社製)から、高速バイポーラ電源(BA4850、エヌエフ回路設計ブロック社製)に接続して増幅された。導通電流の大きさを0.8AP-Pに設定し、ホールセンサで磁場を検出してロックインアンプにて位相を検波した。ロックインアンプは、ホールセンサが検出した磁場に関する信号を出力し、PC2は当該信号に基づいてラインプロファイルを取得した。なお、測定中は、交番磁気力顕微鏡用試料台と電源間の電流量、及び、オフセットが一定になるように、電流-電圧変換回路及びシステム開発ソフトウェア(LabVIEW、National Instruments社製)を用いて制御した。 The magnetic field uniformity of each of the alternating magnetic force microscope sample stages of the present invention 1 to 4 was evaluated using the magnetic field measurement system shown in FIG. 10. FIG. 10 is a schematic diagram of the magnetic field measurement system in the embodiment. The distance from the outer surface of the first flange of the alternating magnetic force microscope sample stage to the Hall sensor was set to 2 mm. This distance corresponds to the distance from the upper surface of the stage on which the sample is placed to the probe, which can be taken in the alternating magnetic force microscope. The current flowing through the coil was amplified by connecting a function generator (WF1974, manufactured by NF Corporation) as a signal source to a high-speed bipolar power supply (BA4850, manufactured by NF Corporation). The magnitude of the conducting current was set to 0.8 A PP , the magnetic field was detected by the Hall sensor, and the phase was detected by the lock-in amplifier. The lock-in amplifier output a signal related to the magnetic field detected by the Hall sensor, and PC2 obtained a line profile based on the signal. During the measurement, the current between the alternating magnetic force microscope sample stage and the power supply and the offset were controlled to be constant using a current-voltage conversion circuit and system development software (LabVIEW, National Instruments).

ラインプロファイルは、変調周波数を90Hzに設定し、交番磁気力顕微鏡用試料台の中心から±40mm(0~80mm)の範囲でホールセンサを走査して取得した。 The line profile was obtained by setting the modulation frequency to 90 Hz and scanning the Hall sensor in a range of ±40 mm (0 to 80 mm) from the center of the sample stage for the alternating magnetic force microscope.

取得された各実施例にラインプロファイルを図11に示す。図11に示すように、本発明例1~4のいずれの例でも高い強度の磁場が得られた。また、交番磁気力顕微鏡における観測範囲は約0.1mm角であり、磁場の強度は、空間に対して連続的に減衰することから、図11に示すように、交番磁気力顕微鏡を用いた観測範囲において、良好な磁場垂直性が得られた。 The line profiles obtained for each example are shown in Figure 11. As shown in Figure 11, a high-strength magnetic field was obtained in all of Examples 1 to 4 of the present invention. In addition, the observation range of the alternating magnetic force microscope was approximately 0.1 mm square, and the strength of the magnetic field decayed continuously over space, so that, as shown in Figure 11, good magnetic field perpendicularity was obtained in the observation range using the alternating magnetic force microscope.

<実施例2>
本発明例5として、ポリアセタール樹脂製の筐体を準備し、その他を本発明例4と同様の交番磁気力顕微鏡用試料台を作製した。図10に示す磁場測定システムを用いて、本発明例4及び本発明例5の交番磁気力顕微鏡用試料台の周波数特性を評価した。周波数特性は、ホールセンサを交番磁気力顕微鏡用試料台の中心軸の直上に固定し、10Hzから1500Hzまでをスイープ測定し、ロックインアンプが出力した信号に基づいて取得された。
Example 2
As Inventive Example 5, a case made of polyacetal resin was prepared, and a sample stage for an alternating magnetic force microscope was otherwise fabricated similarly to Inventive Example 4. Using the magnetic field measurement system shown in Fig. 10, the frequency characteristics of the sample stages for an alternating magnetic force microscope of Inventive Examples 4 and 5 were evaluated. The frequency characteristics were obtained based on the signal output by the lock-in amplifier by fixing the Hall sensor directly above the central axis of the sample stage for an alternating magnetic force microscope and performing a sweep measurement from 10 Hz to 1500 Hz.

図12に各交番磁気力顕微鏡用試料台の周波数特性のグラフを示す。図12に示すように、ポリアセタール樹脂製の筐体を有する交番磁気力顕微鏡用試料台の例である本発明例5は、本発明例4と比較して高周波数領域でも大きな磁束密度が維持されていることが分かった。これは、アルミニウム製の筐体を有する交番磁気力顕微鏡用試料台の例である本発明例4と比較して渦電流が抑制されたためであると考えられる。 Figure 12 shows a graph of the frequency characteristics of each alternating magnetic force microscope sample stage. As shown in Figure 12, it was found that Example 5 of the present invention, which is an example of an alternating magnetic force microscope sample stage having a polyacetal resin housing, maintains a large magnetic flux density even in the high frequency range compared to Example 4 of the present invention. This is thought to be because eddy currents are suppressed compared to Example 4 of the present invention, which is an example of an alternating magnetic force microscope sample stage having an aluminum housing.

1、1A、1B、1C、1D、1E 交番磁気力顕微鏡用試料台
10 筐体
11 筒部
12 第1フランジ部
13 第2フランジ部
20 コイル
30 カバー
40 磁性コア
121 第1フランジ部の外面
122 蓋
123 凹部
131 第2フランジ部の外面
132 切り欠き
133 凹部
REFERENCE SIGNS LIST 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Sample stage for alternating magnetic force microscope 10 Housing 11 Cylindrical portion 12 First flange portion 13 Second flange portion 20 Coil 30 Cover 40 Magnetic core 121 Outer surface of first flange portion 122 Lid 123 Recess 131 Outer surface of second flange portion 132 Notch 133 Recess

Claims (7)

筒部、筒部の一端に配された第1フランジ部、前記一端と逆側に配された第2フランジ部、を有する筐体と、
前記筒部に導線が巻回されて構成されたコイルと、を備え、
前記第1フランジ部の外面が平坦である、交番磁気力顕微鏡用試料台。
a housing having a cylindrical portion, a first flange portion disposed at one end of the cylindrical portion, and a second flange portion disposed on an opposite side to the one end;
a coil formed by winding a conductive wire around the cylindrical portion,
A sample stage for an alternating magnetic force microscope, wherein the outer surface of the first flange portion is flat.
前記筒部の内部に収容された磁性コアをさらに備える、請求項1に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台。 The sample stage for an alternating magnetic force microscope according to claim 1, further comprising a magnetic core housed inside the cylindrical portion. 前記第1フランジ部及び前記導線の外周に配され、磁性体で構成されたリング状のカバーをさらに備える、請求項1又は2に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台。 The sample stage for an alternating magnetic force microscope according to claim 1 or 2, further comprising a ring-shaped cover made of a magnetic material and arranged around the first flange portion and the outer periphery of the conductor. 前記筐体が、主としてアルミニウムを含有する金属で構成されている、請求項1又は2に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台。 The sample stage for an alternating magnetic force microscope according to claim 1 or 2, wherein the housing is made of a metal containing mainly aluminum. 前記筐体が、ポリアセタール樹脂で構成されている、請求項1又は2に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台。 The sample stage for an alternating magnetic force microscope according to claim 1 or 2, wherein the housing is made of polyacetal resin. 前記第2フランジ部が、前記交番磁気力顕微鏡用試料台を固定する固定部を備える、請求項1又は2に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台。 The alternating magnetic force microscope sample stage according to claim 1 or 2, wherein the second flange portion has a fixing portion for fixing the alternating magnetic force microscope sample stage. 直径が25mm以上、37mm以下である、請求項1又は2に記載の交番磁気力顕微鏡用試料台。 The sample stage for an alternating magnetic force microscope according to claim 1 or 2, having a diameter of 25 mm or more and 37 mm or less.
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