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Verbesserte Unsicherheitsberechnung für nanomagnetische Messungen

18.10.2022

 

Auf Basis einer kürzlich veröffentlichten internationalen Norm zur Kalibrierung von Magnetkraft­mikro­skopie­messungen können nanoskalige magnetische Streu­feldverteilungen erstmals quantitativ vermessen werden. An der PTB wurde dafür nun ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Mess­unsicherheiten entwickelt, das erstmals auch Korrelationen berücksichtigt.

 

Bei der magnetischen Kraftmikroskopie kann die lokale magnetische Flussdichte über einer Probe durch Bestimmung der auf eine ferromagnetische Prüfspitze wirkenden Kraft ortsaufgelöst bestimmt werden. Zur quantitativen Messung muss das Magnetkraftmikroskop vorher allerdings durch Messung einer Referenzprobe mit definierter Streufeldverteilung kalibriert werden. Die International Electrotechnical Commission (IEC) hat dazu kürzlich die unter Federführung der PTB entstandene erste internationale Norm im Bereich Nanomagnetismus (IEC TS 62607-9-1) veröffentlicht, in der das Kalibrierverfahren im Detail beschrieben wird. Bisher wurden die Unsicherheiten derartiger Kalibrierungen durch Fehlerfortpflanzung bestimmt. Da dadurch aber nicht alle Aspekte der Unsicherheitsanalyse, beispielsweise aufgrund von Nichtlinearitäten und Korrelationen, abdeckt werden, konnte dies zu unerwünschten Artefakten führen. Dieses Problem konnte nun erstmals durch Nutzung eines Monte-Carlo-Verfahren zur Unsicherheitsberechnung gelöst werden. Der Vergleich mit der bisher genutzten Methode zeigt, dass durch das neue Verfahren eine deutlich präzisere Unsicherheitsanalyse möglich ist, und nun erstmals quantitative Streufeldverteilungen zusammen mit zuverlässigen Unsicherheitsmargen bestimmt werden können.

 

Bild: Magnetische Streufeldverteilung über einer Testprobe mit dem Schätzwert (rot) und den ortsabhängigen Unsicherheiten (blau), die mittels Monte-Carlo-Verfahren bestimmt wurden.

 

 

 

Veröffentlichung:

M. Marschall, S. Sievers, H. W. Schumacher and C. Elster, Uncertainty propagation in quantitative magnetic force microscopy using a Monte-Carlo method, IEEE Transactions on Magnetics (2022); DOI: 10.1109/TMAG.2022.3153176

 

 

Ansprechpersonen:

Sibylle Sievers

Fachbereich 2.5 „Halbleiterphysik und Magnetismus"

sibylle.sievers(at)ptb.de

 

Manuel Marschall

Fachbereich 8.4 „Mathematische Modellierung und Datenanalyse"

manuel.marschall(at)ptb.de