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Zuverlässige Messung von Magnetfeldern auf der Nanometerskala

Grundlagen für die zuverlässige Messung magnetischer Streufelder mit Ortsauflösungen bis hinunter zu 10 nm

PTB-News 2.2020
29.04.2020
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magnetische Sensorik

magnetische Messtechnik

Für die Messung von räumlich auf der Nanometerskala variierenden magnetischen Feldverteilungen standen bislang keine international standardisierten Messverfahren zur Verfügung. Das von der PTB geleitete und kürzlich erfolgreich abgeschlossene EMPIR-Metrologieforschungsprojekt „NanoMag“ schließt diese Lücke und ermöglicht zukünftig international vergleichbare Messungen von Magnetfeldverteilungen mit hoher Ortsauflösung.

Testprobe mit magnetischen Strukturen, an der Messungen im Rahmen des Ringvergleichs durchgeführt wurden. Die hellgrünen Bereiche bestehen aus einer magnetischen Schicht, in den dunklen Bereichen wurde diese Schicht lithografisch entfernt.

Für die Weiterentwicklung magnetischer Systemkomponenten wie Sensoren und Magnetspeicher benötigt die Industrie rückgeführte Magnetfeldmesssysteme mit höchster Ortsauflösung. Magnetische Feldmessverfahren können mittels Kernspinresonanz rückgeführt auf ein Quantennormal durchgeführt werden und sind gut etabliert, jedoch waren ortsauflösende Messverfahren bisher nur qualitativ oder nur für relativ große Strukturen einsetzbar.

Deshalb haben im Rahmen des kürzlich abgeschlossenen Projekts „Nano- Mag“ die Projektpartner verschiedene Verfahren mit hohen Ortsauflösungen weiterentwickelt, Kalibrierverfahren erarbeitet und Referenzmaterialien für die Kalibrierung bereitgestellt.

Als eines der wichtigsten Projektergebnisse wurden erstmals SI-rückgeführte Messverfahren für magnetische Feldverteilungen mit höchster Ortsauflösung bis hinunter zu 10 nm entwickelt, getestet und durch einen internationalen Ringvergleich validiert. Im Rahmen dieses Vergleichs unter Teilnahme der PTB wurden Messdaten magnetischer Kraftmikroskope im Feldbereich um 0,1 T erfolgreich miteinander verglichen.

Damit wurden zum einen die Grundlagen für eine entsprechende Messinfrastruktur an den drei beteiligten europäischen Metrologieinstituten gelegt. Zum anderen wurde auf Basis der Ergebnisse eine IEC-Norm zur ortsaufgelösten Messung magnetischer Feldverteilungen entwickelt, die zukünftig zuverlässige und international vergleichbare quantitative nanomagnetische Messungen ermöglicht.

Ansprechpartner

H. W. Schumacher
Fachbereich 2.5
Halbleiterphysik und Magnetismus
Telefon: (0531) 592-2500
Opens window for sending emailhans.w.schumacher(at)ptb.de

Weitergehende Informationen

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