Разработка методов анализа изображений, полученных с помощью магнитного силового микроскопа

• Автор: Овчинников, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 150 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ:
Введение Глава I.

Глава II.

2.4. Глава III.

Изучение геометрии и магнитных свойств планарных микро- и наноструктур методами сканирующей зондовой микроскопии (литературный обзор). Особенности получения трехмерных изображений поверхности с помощью атомно-силового микроскопа. Особенности применения метода магнитно-силовой микроскопии при изучении магнитных свойств микро-и наноструктур.
Реконструкция поверхности твердого тела по экспериментальным АСМ-изображениям.
Алгоритм для проведения компьютерной деконволюции/конволюции АСМ-изображений. Применение метода деконволюции для извлечения формы кончика игл из АСМ-изображений тестовых образцов.
Применение метода деконволюции для определения формы и размеров наночастиц по их АСМ-изображениям.
Выводы к главе II.
Особенности применения метода МСМ для изучения магнитных свойств поверхностных ферромагнитных наноразмерных структур.
Компьютерное моделирование МСМ-изображений как метод анализа экспериментальных изображений. Влияние геометрии кончика иглы на разрешающую

способность и чувствительность метода МСМ.
3.3. Применение микромагнитных расчетов в
компьютерном моделировании МСМ-изображений.
3.4. Выводы к главе III.
Глава IV. Исследование процессов намагничивания и
перемагничивания поверхностных ферромагнитных наноструктур методом МСМ.
4.1. Исследование магнитных свойств планарных ферромагнитных кобальтовых микроостровков, полученных методом вакуумного напыления через
систему маскирующих сеток.
4.2. Исследование магнитных свойств отдельно расположенных наночастиц никеля, полученных
методом коалесценции.
4.3. Выводы к главе IV.
Основные результаты и выводы.
Список публикаций автора по теме диссертации
Список используемой литературы 13

ВВЕДЕНИЕ
В последние годы для исследования различных свойств поверхностных структур малых размеров все чаще применяются методы сканирующей силовой микроскопии (ССМ). Этот метод нашел широкое применение в различных приложениях в области физики поверхности твердого тела и малоразмерных структур. ССМ обладает огромным потенциалом, что в первую очередь связано с возможностью получать информацию о трехмерной топографии образца с высоким разрешением (вплоть до атомного) и чувствительностью, например, в атомной силовой микроскопии (ACM). Важной причиной широкого распространения данного метода также является относительная нетребовательность к предварительной подготовке образцов. Кроме того, при использовании зондов со специфическими свойствами и специальных методик измерения ССМ позволяет изучать не только топографию поверхности, но и другие свойства как поверхности в целом, так и отдельных, сформированных на ней малоразмерных объектов. Например, при использовании магнитного зонда ССМ позволяет исследовать магнитные свойства различных ферромагнитных микро- и наноструктур, расположенных на поверхности твердого тела. Такой режим работы микроскопа получил название магнитная силовая микроскопия (МСМ).
В основе получения магнитного изображения лежит магнитное силовое взаимодействие между магнитным объемом иглы микроскопа и магнитным полем, создаваемым исследуемым участком поверхности. Для снижения влияния других немагнитных сил МСМ-игла поднимается на определенное расстояние над поверхностью. По этим причинам в формирование каждой точки на МСМ-изображении участвуют достаточно значительные объемы как иглы, так и поверхностных структур. Данный факт приводит, во-первых: к более низкому разрешению по сравнению с

практического применения для анализа МСМ-изображений этот метод компьютерного анализа пока не получил.
Структуры намагниченности иглы и исследуемого объекта можно задавать в виде относительно простой конфигурации из общих соображений. Однако, они могут быть также предварительно рассчитаны, опираясь на микромагнитную теорию [97]. В основе микромагнитных расчетов лежит нахождение квазистатического состояния, отвечающего минимуму свободной магнитной энергии частицы. Для упрощения вычислений применяют переход от сплошной среды к набору локальных магнитных моментов, на которые делится магнитных объем исследуемого микрообъекта, а минимизация энергии будет соответствовать интегрированию систем уравнений Ландау-Лифшица, которое осуществляется численно методом последовательных итераций [98-103] (более подробно см. главу III).
Использование компьютерного анализа МСМ-изображений с применением микромагнитных расчетов структур намагниченности расширяет возможности метода МСМ, позволяя расшифровывать сложные структуры намагниченности у ферромагнитных микро- и нанообъектов и наблюдать процессы их трансформации при перемагничивании. В частности, методом МСМ наблюдалась и была расшифрована полосатая доменная структура (рис. 1.5), которая формируется в узких ферромагнитных микрополосках и нанопроволоках в малых магнитных полях при перемагничивании из состояния насыщения [А 10, 104-107], а также проведен анализ зависимости формируемой конфигурации намагниченности от формы и размеров микрополосок [А8, А10, 108-110].