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§5.4扫描静电力/磁力显微镜讲授人：XXX《材料表征基础》战略新兴领域“十四五”规划教材内容提要01020304静电力、磁力的作用EFM、MFM成像模式误差与假象EFM、MFM的应用1.静电力、磁力的作用小磁针在外磁场中受力与磁场的不均匀性有关

电偶极子在静电场中的受力与上式完全一样2.

EFM、MFM的成像模式1)利用磁场或静电力对针尖的作用，测量磁性或静电材料。2)轻敲-抬高模式：先扫描一条线的形貌，再相对向上抬高一定距离作场的测量。3)静态测量模式：针尖在一定高度直接测量悬臂受力。直接，噪声大。4)动态测量模式：针尖在样品上方作受迫振动。受力时，振幅和相位发生变化。间接测量，但精度高，抗干扰能力强。3.EFM、MFM的误差与假象01静电力和磁力均为长程相互作用力，有效力程一般长达数百nm。针尖正下方样品距离针尖最近，对力的贡献是最大的。但是周围区域到针尖的距离也在同一量级，也会对针尖贡献可观的电磁力。针尖探测到的电磁力实际上是测量点周边相当大区域施力的矢量和。区域形貌对测量结果有较大影响。表面形貌的影响02EFM、MFM和非接触式AFM的测量原理完全相同。它们所测量的静电力、磁力和长程范德华力就会相互叠加，影响测量的准确性。例如静电样品表面也可能同时有磁性。可通过改变针尖距离，利用不同力的力程不同，区分不同力的贡献。不同长程力之间的影响03EFM和MFM测量的是针尖与样品间的电或磁偶极-偶极相互作用。这个力与针尖和样品的电矩或磁矩大小有关。而材料的电矩或磁矩会受到外场的影响。例如样品的磁场可能改变针尖的磁矩方向，而针尖的磁场也可能将样品局部磁化。实际测量时，需要根据样品的具体特性统筹考虑测量条件。针尖与样品之间的影响4.

EFM、MFM的应用20世纪90年代以来，随着超高密度磁存储技术的快速发展和广泛应用，对磁性材料和磁性器件的研究越来越多。而MFM由于nm级的空间分辨率，成为研究磁性材料微结构的重要手段。右图所示为硬盘盘面同一位置的表面形貌和MFM测试结果。其中形貌图(a)显示盘面基本平整的表面看不出任何规律的信息存储痕迹。但从MFM图上则可以观

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