Magnetjõumikroskoopia

Magnetjõumikroskoopia on aatomijõumikroskoopia alaliik, mis on eelkõige mõeldud pindade magnetiliste omaduste uurimiseks.
Magnetjõumikroskoop (MFM) on aatomijõumikroskoobi erivariant, kus magneeditud teravikuga skaneeritakse mööda magnetilist pinda. Teraviku ja katseobjekti vahelised vastasmõjud tuvastatakse ja kasutatakse seejärel katseobjekti pinna magnetilise struktuuri rekonstrueerimiseks. MFM-skaneerimine tihtipeale kasutab mittekontaktset AFM režiimi.
Ülevaade.
MFM mõõtmistel saab teraviku ja katseobjekti vahelist magnetjõudu väljendada kujul:
formula_1
kus formula_2 on teraviku magnetmoment, formula_3 on katseobjekti pinnalt lähtuv demagneetiv väli ja "µ0" on vaakumi magnetiline läbitavus.
MFM-i mõõtmised on mitmeti tõlgendatavad, kuna katseobjekti demagneetiv väli mõjutab teraviku magnetilist olekut ja vastupidi. Näiteks teraviku magneetumise geomeetria peab olema teada kvantitatiivseks analüüsiks.
Magnetjõumikroskoobi lahutusvõime ulatub tüüpiliselt 30 nm, kuid on võimalik saavutada lahutusvõime vahemikus 10–20 nm.
Olulised kuupäevad.
Huvi MFM-i vastu suurenes tänu järgmistele leiutistele:
1982 – skaneeriv tunnelmikroskoopia (STM)
*mõõdetakse tunnelvoolu teraviku ja katseobjekti vahel;
*nii katseobjekt kui ka teravik peavad juhtima elektrit;
1986 – aatomijõumikroskoopia (AFM)
*jõusensori painde põhjal mõõdetakse teraviku ja katseobjekti vahelisi elektrostaatilisi jm jõude;
*jõusensori külge kinnitatud teravikku hoitakse katseobjekti kohal tüüpiliselt kümnete nanomeetrite kaugusel;
1987 – magnetjõumikroskoopia (MFM)
*tuleneb AFM-st. Mõõdetakse tipu ja katseobjekti vahelisi magnetjõude;
*demagneetiva välja kujutis saadakse magneeditud teraviku skaneerimisel mööda katseobjekti pinda.
Süsteemi ülesehitus.
MFM-i süsteemi põhikomponentideks on:
Piesoskanner
Magneeditud teravik, mis on painduva jõusensori tipus, üldiselt magnetmaterjaliga kaetud AFM teravik.
Tööpõhimõte.
MFM mõõtmiste ajal mõjub teravikule põhiliselt kaks jõudu: Van der Waalsi ja magnetjõud. Järelikult MFM-i puhul sisaldab signaal infot nii pinna topograafia kui ka selle magnetiliste omaduste kohta, mida tekitavad vastavalt van der Waalsi ja magnetjõud. 
Domineeriv jõud sõltub katseobjekti pinna ja teraviku vahekaugusest, kuna aatomite vaheline magnetjõud püsib suuremate teravik-pind kaugustel kui van der Waalsi jõud. Need van der Waalsi jõud varieeruvad erinevatel teravik-pinna vahekaugustel ning seega kasutatakse neid pinna topograafia mõõtmiseks.
Kui teravik on pinna läheduses umbes mittekontaktse AFM kaugusel, siis on kujutis suuremalt jaolt topograafiline. Kuid pinna ja teraviku vahelise vahekauguse suurendades ilmnevad magnetilised omadused.
MFM-i olulisim probleem on pinna topograafia ja magnetilise kujutise eristamine üksteisest.
See saavutatakse n-ö "Two Pass" meetodiga. 
Kujutise tekitamine.
Arvutades magnetilisele teravikule mõjuvaid jõude.
Teoreetiliselt saab teravik-katseobjekti magnetostaatilist energiat ("U") arvutada kahel viisil:
Seejärel, integreerida magneetumuse ja demagneetiva välja üle interaktsiooni ruumala kui
formula_4
ja arvutada energia gradient kauguse järgi, et saada jõud "F". Eeldades, et jõusensori kõrvalekalle on "z"-telje suunas ja teravik on magneetunud teatud suunas, saab valemi kujul:
formula_5
Kuna teravik on piki kindlat suunda magneeditud, on see tundlik katseobjekti demagneetiva välja komponendi suhtes, mis on joondunud samasse suunda.
Katseobjektide kujutamine.
MFM-i saab kasutada erinevate magnetiliste struktuuride kujutamiseks, nagu domeeniseinad (Blochi ja Neeli), sulgdomeenid, salvestatud magnetbitid jne. Lisaks välise magnetvälja all saab jälgida domeeniseinte liikumist. MFM-kujutisi eri materjalidest saab näha järgmistes raamatutes ja teaduspublikatsioonides: kiled, nanoosakesed, nanotraadid ja andmekandjad.
Eelised.
MFM on populaarne mitmel põhjusel:
Puudused.
MFMiga töötamisel on ka mõned puudused: