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Nanoskalige magnetische Feldmessungen: wie kalibriert man am besten?

17.02.2020

Im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Forschungsprojekts „NanoMag“ wurden verschiedene Kalibrierverfahren zur Rückführung magnetischer Feldmessungen mit Ortsauflösung von einigen zehn Nanometern miteinander verglichen und validiert. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift „Small“ publiziert.

 

 

Die Rückführung der Messung magnetischer Felder mit Ortsauflösung im Nanometerbereich ist von großer Bedeutung sowohl für Grundlagenforschung als auch für zahlreiche Anwendungszwecke. So wird zum Beispiel die gespeicherte Information in magnetischen Festplatten über die Messung des lokalen magnetischen Feldes der einzelnen magnetischen Bits ausgelesen. Aufgrund der hohen Speicherdichte der handelsüblichen Festplatten ist dafür ist eine Messung mit hoher Ortsauflösung im Nanometerbereich notwendig. Die Zuverlässigkeit derartiger auf Nanometerskala ortsaufgelöster magnetischer Messungen kann nur sichergestellt werden, wenn eine rückgeführte Kalibrierung der Messungen gewährleistet ist.


Im Rahmen des Europäischen Forschungsprojekts „NanoMag“ wurden nun verschiedene Kalibrierverfahren zur Rückführung nanoskaliger Feldmessungen untersucht und miteinander verglichen. Die Kalibrierverfahren wurden dabei zur Kalibrierung eines sogenannten magnetischen Kraftmikroskops (MFM für engl. Magnetic Force Microscope) genutzt, dem am weitesten verbreiteten Messsystem zur Untersuchung nanoskaliger magnetischer Bauteile und Materialien. Die verglichenen Kalibrierverfahren basierten dabei auf mikrostrukturierten Feldspulen (siehe Bild 1), nanostrukturierten Hallsensoren sowie auf Referenzmaterialien mit nanoskaliger magnetischer Domänenstruktur. Dabei zeigte sich, dass unter Verwendung der Referenzmaterialien die effizientesten hoch ortsaufgelösten Kalibrierungen möglich sind.

 Lithographisch hergestellte planare Feldspule

Bild 1: Beispiel einer lithographisch hergestellten planaren Feldspule für magnetische Feldmessungen mit hoher Ortsauflösung. Der innere Spulenradius beträgt 2 µm.

 

 

Veröffentlichung:
Héctor Corte-León et al.: Comparison and Validation of Different Magnetic Force Microscopy Calibration Schemes, Small, 1906144 (2020)

 

 

 

Fachbereich 2.5 Halbleiterphysik und Magnetismus