微纳金属3D打印技术应用：AFM探针？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-09-12 02:50 标签： 3d金色金属材质参数

　　近年来，磁性斯格明子受到了广泛的关注。这些拓扑保护的非共线磁性自旋结构纳米粒子稳定在反转对称破坏的磁性化合物中，是手性卓洛辛斯基-莫里亚相互作用(DMI)以及铁磁交换相互作用的结果。为广泛研究的自旋结构先是在单晶和外延薄膜中非中心对称B20化合物中观察到的类布洛赫斯格明子，其次是在超薄铁磁层和重金属层形成的薄膜异质结构中的斯格明子。对非共线自旋结构的观察很多都是利用从晶体中提取的薄片进行的。磁性纳米粒子，即反斯格明子和布洛赫斯格明子，已被发现同时存在于由具有二维对称的反四方赫斯勒化合物形成的单晶片层中。然而，制作四方赫斯勒化合物的薄膜以及在其中的自旋结构测量仍然具有挑战性。

　　通过各种直接成像技术可以在真实空间中观察到斯格明子。近期，德国科学家Parkin等人使用低温强磁场磁力显微镜(MFM)成像来研究[001]取向的Mn2RhSn薄膜中的磁性结构。图1展示了在100K下随磁场增加而变化的典型MFM结果。为了进一步研究Mn2RhSn薄膜中观察到的纳米物体的稳定性，在矢量磁场存在下对35 nm厚的薄膜进行了MFM测量（图2）。

图2 ：200K温度下，35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米粒子在矢量磁场中的稳定性

　　科学家在很大的温度范围内(从2k到280K)和磁场的作用下观察磁性纳米物体，从研究结果可知，形成不同的椭圆和圆形的大小孤立粒子取决于场和温度（图3）。此外，借助于由MFM产生的局部磁场梯度，科学家还演示了这些纳米粒子的产生和湮灭（图4）。

图4. 基于MFM显微探针技术控制35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米粒子的产生和湮灭

　　综上所述，由磁控溅射形成的Mn2RhSn外延薄膜中存在磁性纳米粒子。类似于单晶薄片，这些纳米粒子在广泛的尺寸范围内以及在磁场和温度下都具有稳定性。然而，纳米粒子并没有形成明确定向的阵列，也没有任何证据发现螺旋自旋结构，这可能是薄膜中化学顺序均匀性较差导致的结果。然而，在外延薄膜中发现了沿垂直晶体方向的椭圆扭曲纳米粒子，这与在单晶片中观察到的椭圆布洛赫斯格明子一致。因此，这些测量结果为Mn2RhSn薄膜中非共线自旋结构的形成提供了强有力的证据。实验结果表明，在这些薄膜中，可以利用磁性的局部磁场来删除单个纳米物体，也可以写出纳米粒子的集合。

　　低温强磁场原子力/磁力显微镜attoAFM/MFM I主要技术特点：

  • 工作模式：AFM（接触式与非接触式）, MFM

图5. 低温强磁场原子力磁力显微镜以及attoDRY2100低温恒温器

【摘要】：为了能够提高拉曼散射光的探测灵敏度,需要我们使用拉曼散射衬底来提高拉曼散射峰的强度。而如何制备得到高增强因子的拉曼散射衬底,科学工作者做出了很多的努力,他们设计出了多种衬底结构,例如利用粗糙的纳米颗粒衬底,二聚物衬底以及团簇材料衬底。在对大部分衬底增强情况的分析中,电磁增强机制在表面增强拉曼散射信号增强中起到主导作用。而在电磁增强中所谓的热点又是来自于表面等离子体共振。虽然一维亚波长金属光栅结构只是一个简单的微纳结构,但是它却拥有着丰富的物理意义。除了局域表面等离子体共振,表面等离子体激元也能够在一维亚波长金属光栅中传播。表面等离子体激元和局域的等离子体激元能够在一维亚波长金属光栅中耦合。在本论文当中,我们研究了在一维亚波长银纳米光栅中的表面等离子体激元与局域表面等离子体激元的耦合作用。我们通过有限时域差分模拟方法模拟了该耦合作用在金属表面所产生的电场的大小。利用该种耦合结构对电场增强作用,制备得到了一种一维亚波长金属光栅结构表面增强拉曼衬底,显著提高了金属表面的拉曼信号强度。通过理论结合实验研究发现了针对于532nm的入射激光所匹配的最优化一维亚波长银纳米光栅的占空比为0.4。所计算出来的耦合作用下的增强因子能够达到106数量级。在实验中,我们通过聚焦离子束刻蚀的方法来制作一维亚波长银纳米光栅结构。然后,在结构表面形成一层4-ABT探针分子与金属的薄膜。在共聚焦拉曼测试系统中对表面增强拉曼信号进行表征测量。通过对实验数据的分析计算可以得到实验测得的增强拉曼增强因子为104数量级。本论文取得的主要进展有：1、基于表面等离子体激元的耦合效应及其电场增强作用,提出设计并制备得到了一维亚波长银纳米光栅耦合结构。实验中所制备得到的一维亚波长银纳米光栅结构由于“热点”效应,使得电场局域在棱角等尖锐的地方,从而使得这些地方的电场得到了极大的增强,从而得到更高的增强因子。2、在文章中,我们对电场理论模拟结果和实验增强测量结果的不同进行了讨论,得到的结论是因为在溅射镀膜以及聚焦离子束加工刻蚀的时候产生的误差所导致的。我们通过使用场发射扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对样品进行了表征,研究了不同光栅占空比对耦合结构电场增强作用的不同,研究了光栅高度值的分布差异所导致的电场强度分布。3、实验研究表面,实验中所测得的表面增强拉曼增强因子与理论计算吻合较好。结果表明,耦合效应可以产生更大表面增强拉曼因子。通过优化金属材料的性能以及微纳加工制造技术,即使使用一个非常简单的一维金属光栅,也可以很显著的提高表面增强拉曼峰信号。


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