一種掃描磁探針顯微鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種掃描磁探針顯微鏡，包括：低溫杜瓦設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)的凹槽內(nèi)，用于儲(chǔ)存液氮以降低其內(nèi)部的樣品的溫度；樣品調(diào)平裝置設(shè)置在低溫杜瓦內(nèi)，用于在樣本放入時(shí)調(diào)節(jié)樣品的高度以使該樣本與基準(zhǔn)平臺(tái)保持平行狀態(tài)；二維掃描平臺(tái)設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)的上表面，用于調(diào)節(jié)磁探針裝置的位置以使磁探針裝置處于不同的檢測(cè)位置；勵(lì)磁磁體設(shè)置在樣本調(diào)平裝置的上方，且內(nèi)部用于放置樣本，用于為樣本提供外部磁場(chǎng)；磁探針裝置固定所述二維掃描平臺(tái)上，并且懸于樣品調(diào)平裝置的正上方；計(jì)算模塊與磁探針裝置相連接，用于根據(jù)磁探針裝置所檢測(cè)出的磁場(chǎng)空間分布信息計(jì)算樣品的電流密度。本發(fā)明可以無(wú)損連續(xù)檢測(cè)超導(dǎo)帶材的臨界電流密度。
【專利說(shuō)明】
一種掃描磁探針顯微鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及材料檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種掃描磁探針顯微鏡，可以廣泛用于 超導(dǎo)帶材、磁性薄膜、導(dǎo)電薄膜等材料局部性能和缺陷檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超導(dǎo)材料由于沒(méi)有電阻且可以攜帶大電流在例如大型電力裝置等電力設(shè)備中得 到廣泛應(yīng)用。對(duì)于超導(dǎo)帶、超導(dǎo)薄膜，其電流傳輸性能是反映性能的最基本參數(shù)。
[0003] 目前，普遍采取"四引線法"測(cè)量臨界電流以反映超導(dǎo)材料的電流傳輸性能：即在 樣品兩端加載電流，觀測(cè)電壓信號(hào)。通過(guò)不斷增加電流，觀測(cè)電壓的變化情況，若每厘米樣 品產(chǎn)生1微伏的電壓變化作該樣品失超判據(jù)，確定超導(dǎo)帶材的臨界電流。該"四引線法"的原 理簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的長(zhǎng)度小于l〇cm的短樣品測(cè)量。但是，由于在測(cè)量中電流引 線和電壓引線需要與樣品接觸，有可能對(duì)超導(dǎo)帶材造成機(jī)械損傷。另外，上述方法也不方便 百米級(jí)長(zhǎng)帶的連續(xù)快速測(cè)量。
[0004] 為解決上述問(wèn)題，申請(qǐng)為201010033688.5的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種磁路法探測(cè) 超導(dǎo)帶材電流傳輸能力的方法，利用雙狹縫磁路和霍爾探頭實(shí)現(xiàn)了對(duì)高溫超導(dǎo)帶材電流傳 輸能力的測(cè)量。但是，上述方法只能對(duì)帶材整體性能進(jìn)行測(cè)量，而對(duì)帶材寬度方向則沒(méi)有分 辨能力，從而無(wú)法對(duì)帶材整體性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種掃描磁探針顯微鏡，用于解決現(xiàn)有技術(shù) 中無(wú)法局部測(cè)量超導(dǎo)帶村而導(dǎo)致無(wú)法對(duì)超導(dǎo)帶材整體評(píng)價(jià)的問(wèn)題。
[0006] 第一方面，本發(fā)明提供了一種掃描磁探針顯微鏡，包括:二維掃描平臺(tái)、基準(zhǔn)平臺(tái)、 樣品調(diào)平裝置、勵(lì)磁磁體、低溫杜瓦、磁探針裝置和計(jì)算模塊；
[0007] 所述低溫杜瓦設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)的凹槽內(nèi)，用于儲(chǔ)存液氮以降低其內(nèi)部的樣品 的溫度；
[0008] 所述樣品調(diào)平裝置設(shè)置在所述低溫杜瓦內(nèi)，用于在樣本放入時(shí)調(diào)節(jié)樣品的高度以 使該樣本與所述基準(zhǔn)平臺(tái)保持平行狀態(tài)；
[0009]所述二維掃描平臺(tái)設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)的上表面，用于調(diào)節(jié)所述磁探針裝置的位 置以使所述磁探針裝置處于不同的檢測(cè)位置；
[0010]所述勵(lì)磁磁體設(shè)置在所述樣本調(diào)平裝置的上方，且內(nèi)部用于放置樣本，用于為所 述樣本提供外部磁場(chǎng)；
[0011]所述磁探針裝置固定所述二維掃描平臺(tái)上，并且懸于所述樣品調(diào)平裝置的正上 方，用于在施加外部磁場(chǎng)時(shí)檢測(cè)樣本上方的磁場(chǎng)空間分布信息；
[0012] 所述計(jì)算模塊與所述磁探針裝置相連接，用于根據(jù)磁探針裝置所檢測(cè)出的磁場(chǎng)空 間分布信息計(jì)算所述樣品的電流密度。
[0013] 可選地，所述二維掃描平臺(tái)包括二維平臺(tái)豎梁和二維平臺(tái)橫梁;所述二維平臺(tái)豎 梁固定在所述基準(zhǔn)平臺(tái)上;所述二維平臺(tái)橫梁的一端設(shè)置在所述二維平臺(tái)豎梁的上表面， 并且可沿著所述二維平臺(tái)豎梁方向移動(dòng)。
[0014] 可選地，所述二維掃描平臺(tái)還包括輔助二維平臺(tái)橫梁，所述輔助二維平臺(tái)橫梁的 一端設(shè)置在所述二維平臺(tái)豎梁的上表面，并且可沿著所述二維平臺(tái)豎梁方向移動(dòng)。
[0015] 可選地，所述磁探針裝置包括至少一組探針單元，每組探針單元包括磁探針、探針 支桿以及探針基座，所述磁探針通過(guò)所述探針支桿固定在所述探針基座上，所述探針基座 設(shè)置在所述二維平臺(tái)橫梁或者輔助二維平臺(tái)橫梁的一側(cè)，用于調(diào)節(jié)所述磁探針的檢測(cè)位 置。
[0016] 可選地，所述磁探針為霍爾元件、巨磁阻元件、磁通門器件、超導(dǎo)量子干涉儀中的 一種。
[0017] 可選地，所述磁探針裝置還包括至少一個(gè)彈性部件，所述彈性部件設(shè)置在所述探 針支桿與所述探針基座之間，用于使所述探針與樣品表面保持接觸。
[0018] 可選地，所述樣本調(diào)平裝置包括樣品臺(tái)基座、多個(gè)剛性連桿以及與剛性連桿一一 對(duì)應(yīng)的調(diào)平螺栓、測(cè)距探頭;所述多個(gè)剛性連桿的一端固定在所述樣品臺(tái)基座上，另一端通 過(guò)相對(duì)應(yīng)的調(diào)平螺栓固定在所述基準(zhǔn)平臺(tái)上;所述測(cè)距探頭固定在二維平臺(tái)橫梁的一側(cè)；
[0019] 所述測(cè)距探頭測(cè)量與樣品臺(tái)基座之間的距離，然后通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)調(diào)平螺栓以調(diào)節(jié) 所述樣品臺(tái)基座的平整度。
[0020] 可選地，所述計(jì)算模塊利用畢奧薩伐爾反卷積算法獲取樣品的電流密度。
[0021] 可選地，還包括傳動(dòng)裝置，所述傳動(dòng)裝置用于使超導(dǎo)長(zhǎng)帶與所述樣品臺(tái)基座保持 平行狀態(tài)且從所述磁探針與所述勵(lì)磁磁體之間通過(guò)。
[0022]可選地，所述傳動(dòng)裝置包括第一校正輪和第二校正輪;所述第一校正輪與所述第 二校正輪設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)上，并且所述第一校正輪與所述第二校正輪的最低點(diǎn)位于同 一個(gè)水平面。
[0023]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供了一種掃描磁探針顯微鏡，通過(guò)設(shè)置二維掃描 平臺(tái)可以調(diào)節(jié)所述磁探針裝置的位置以使所述磁探針裝置處于不同的檢測(cè)位置，可以檢測(cè) 超導(dǎo)材料不同位置磁場(chǎng)空間分布信息以檢測(cè)超導(dǎo)材料的局部缺陷。另外，本發(fā)明通過(guò)畢奧 薩伐爾反卷積算法超導(dǎo)材料的局部臨界電流密度，從而反映超導(dǎo)材料樣品內(nèi)部局部質(zhì)量， 為材料學(xué)研究者改善材料提供重要分析手段。
【附圖說(shuō)明】
[0024]通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種掃描磁探針顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖1中掃描磁探針顯微鏡的樣品調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3是利用永磁體為樣品勵(lì)磁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算樣品電流密度的流程示意圖；
[0029] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)得的磁場(chǎng)空間分布信息示意圖；
[0030] 圖6是根據(jù)圖5所示的磁場(chǎng)空間分布信息計(jì)算的樣品電流密度的示意圖；
[0031 ]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種帶有彈性部件的磁探針裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種帶有輔助二維平臺(tái)橫梁的二維掃描平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0033] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種帶有傳動(dòng)裝置的掃描磁探針顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]本發(fā)明提供了一種掃描磁探針顯微鏡，包括:二維掃描平臺(tái)、基準(zhǔn)平臺(tái)、樣品調(diào)平 裝置、勵(lì)磁磁體、低溫杜瓦、磁探針裝置和計(jì)算模塊；
[0036] 所述低溫杜瓦設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)的凹槽內(nèi)，用于儲(chǔ)存液氮以降低其內(nèi)部的樣品 的溫度；
[0037] 所述樣品調(diào)平裝置設(shè)置在所述低溫杜瓦內(nèi)，用于在樣本放入時(shí)調(diào)節(jié)樣品的高度以 使該樣本與所述基準(zhǔn)平臺(tái)保持平行狀態(tài)；
[0038] 所述二維掃描平臺(tái)設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)的上表面，用于調(diào)節(jié)所述磁探針裝置的位 置以使所述磁探針裝置處于不同的檢測(cè)位置；
[0039] 所述勵(lì)磁磁體設(shè)置在所述樣本調(diào)平裝置的上方，且內(nèi)部用于放置樣本，用于為所 述樣本提供外部磁場(chǎng)；
[0040] 所述磁探針裝置固定所述二維掃描平臺(tái)上，并且懸于所述樣品調(diào)平裝置的正上 方，用于在施加外部磁場(chǎng)時(shí)檢測(cè)樣本上方的磁場(chǎng)空間分布信息；
[0041] 所述計(jì)算模塊與所述磁探針裝置相連接，用于根據(jù)磁探針裝置所檢測(cè)出的磁場(chǎng)空 間分布信息計(jì)算所述樣品的電流密度。
[0042] 下面結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明提供的掃描磁探針顯微鏡進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0043] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中二維掃描平臺(tái)包括二維平臺(tái)豎梁1和二維平臺(tái)橫梁2。 該二維平臺(tái)橫梁2與二維平臺(tái)豎梁1正交設(shè)置，其一端設(shè)置在二維平臺(tái)豎梁1的上表面，而且 可以沿著該二維平臺(tái)豎梁1的方向移動(dòng)即y軸方向上移動(dòng)，例如二維平臺(tái)豎梁1和二維平臺(tái) 橫梁2之間通過(guò)滑軌連接。
[0044] 本發(fā)明中磁探針裝置包括至少一組探針單元。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中提供了 磁探針裝置只包括一組探針單元的情況。磁探針裝置包括磁探針4、探針支桿5以及探針基 座6。其中，磁探針4通過(guò)探針支桿5固定在探針基座6上。探針基座6設(shè)置在二維平臺(tái)橫梁2的 一側(cè)，用于在z軸方向或者X軸方向上調(diào)節(jié)磁探針4的檢測(cè)位置。
[0045] 實(shí)際應(yīng)用中，磁探針4可以選用霍爾元件、巨磁阻元件、磁通門器件、超導(dǎo)量子干涉 儀squids中的一種。當(dāng)有多個(gè)磁探針4時(shí)也可以選用上述多個(gè)不同的元器件，本發(fā)明不作限 定。
[0046] 可以看出，本發(fā)明實(shí)施例中磁探針裝置與二維掃描平臺(tái)相結(jié)合，可以在X軸、y軸與 z軸方向上調(diào)節(jié)磁探針4的位置，即可以在樣品的表面或者樣品的上方檢測(cè)磁場(chǎng)空間分布信 息。
[0047]如圖1所示，在基準(zhǔn)平臺(tái)3的設(shè)置有安裝低溫杜瓦11的凹槽。在該低溫杜瓦11的內(nèi) 部以及上方設(shè)置有樣本調(diào)平裝置。如圖1與圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中樣本調(diào)平裝置包括樣 品臺(tái)基座7、多個(gè)剛性連桿8以及與剛性連桿一一對(duì)應(yīng)的調(diào)平螺栓9、測(cè)距探頭10。每個(gè)剛性 連桿8的一端固定在樣品臺(tái)基座7上，另一端通過(guò)相對(duì)應(yīng)的調(diào)平螺栓9固定在基準(zhǔn)平臺(tái)3上。 測(cè)距探頭10固定在二維平臺(tái)橫梁2的一側(cè)。該測(cè)距探頭10測(cè)量與樣品臺(tái)基座7的不同位置之 間的距離，然后通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)調(diào)平螺栓9以調(diào)節(jié)樣品臺(tái)基座7的平整度。平整度是指樣品臺(tái) 基座7表面與水平面之間的差值，該差值越小平整度越好，即樣品臺(tái)基座7表面越接近于水 平面。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)距探頭10與探針支桿5平行設(shè)置。
[0048]例如，本發(fā)明實(shí)施例中在樣品臺(tái)基座7上設(shè)置兩個(gè)剛性連桿8。其中一個(gè)剛性連桿8 設(shè)置樣品臺(tái)基座7的第一側(cè)，另一個(gè)剛性連桿8設(shè)置在樣品臺(tái)基座7的另一側(cè)即第一側(cè)的相 對(duì)側(cè)，這樣，可以在第一側(cè)低于第二側(cè)時(shí)，通過(guò)調(diào)高第一側(cè)使兩側(cè)保持水平，或者降低第二 側(cè)使兩側(cè)保持水平。當(dāng)然，剛性連桿8與調(diào)平螺栓9的數(shù)量也可以設(shè)置3組、4組甚至更多，本 發(fā)明不作限定。
[0049] 如圖2所示，在樣品臺(tái)基座7上還設(shè)置有勵(lì)磁磁體12。在該勵(lì)磁磁體12的上方設(shè)置 有樣品架13。樣品架13上方放置樣品14,并且在該樣品架13上還設(shè)置有電極15,用于向放置 在樣品架14上的樣品勵(lì)磁。該勵(lì)磁磁體12采用銅線繞制而成，當(dāng)然也可以采用其他金屬或 者其他裝置實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明不作限定。
[0050] 本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)樣品進(jìn)行勵(lì)磁的方式包括：
[0051] (1)在樣品沒(méi)有降溫的情況下，向勵(lì)磁磁體12通電以產(chǎn)生磁場(chǎng);之后向低溫杜瓦11 內(nèi)注入液氮。當(dāng)液氮浸沒(méi)樣品且樣品實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)時(shí)，撤掉磁場(chǎng)即停止向勵(lì)磁磁體12通電。需要 說(shuō)明的是，在本方法中需要?jiǎng)?lì)磁磁體12在樣品處產(chǎn)生至少大于樣品的穿透磁場(chǎng)幅值一倍的 磁場(chǎng)。樣品可以是超導(dǎo)帶材，如高溫超導(dǎo)導(dǎo)線。高溫超導(dǎo)帶材穿透磁場(chǎng)可以利用Jc*d的公式 估算。其中，Jc為超導(dǎo)帶材的電流密度，d為超導(dǎo)帶材的厚度。此時(shí)樣品上會(huì)感應(yīng)出超導(dǎo)環(huán) 流，在這種情況下再利用磁探針4進(jìn)行磁場(chǎng)二維掃描。
[0052] (2)在樣品實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的情況下，施加樣品的穿透磁場(chǎng)幅值的2倍的穿透磁場(chǎng)，然后 再撤去磁場(chǎng)。此時(shí)樣品上會(huì)感應(yīng)出完全穿透超導(dǎo)環(huán)流（即樣品邊緣到樣品中心位置都有感 應(yīng)電流），在這種情況下利用磁探針4開(kāi)始磁場(chǎng)二維掃描。高溫超導(dǎo)帶材穿透磁場(chǎng)可以利用 Jc*d的公式估算，其中，Jc為超導(dǎo)帶材的電流密度，d為超導(dǎo)帶材的厚度。
[0053] (3)在樣品實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的情況下，施加小于樣品的穿透磁場(chǎng)幅值的1倍穿透磁場(chǎng)的外 加磁場(chǎng)。然后從小到大調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，樣品上會(huì)感應(yīng)出自外向內(nèi)（樣品的邊緣到樣品的 中心位置)穿透的超導(dǎo)環(huán)流。屏蔽外加磁場(chǎng)，在這種情況下利用磁探針4開(kāi)始磁場(chǎng)二維掃描。
[0054] (4)在樣品實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的情況下，如圖3所示，利用一個(gè)永磁體在樣品的上方對(duì)該樣 品進(jìn)行勵(lì)磁。該永磁體的表面磁場(chǎng)大于樣品的穿透磁場(chǎng)幅值的2倍，且永磁體面積需要大于 樣品的面積以覆蓋樣品。
[0055] (5)在樣品實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的情況下，通過(guò)電極15為樣品輸入電流進(jìn)行勵(lì)磁。通過(guò)調(diào)整電 流大小可以觀測(cè)到磁通穿透過(guò)程。在這種情況下利用磁探針4開(kāi)始磁場(chǎng)二維掃描。
[0056] 本發(fā)明中當(dāng)磁探針4檢測(cè)到樣品周圍的磁場(chǎng)空間分布信息時(shí)還需要對(duì)該信息進(jìn)行 處理，以獲取到用戶比較熟悉的電流密度的形式表示。例如，本發(fā)明一實(shí)施例中采用第(2) 種勵(lì)磁方式對(duì)樣品進(jìn)行勵(lì)磁，然后利用如圖4所示的畢奧薩伐爾反卷積算法計(jì)算樣品的電 流密度情況。當(dāng)樣品為寬1〇_、長(zhǎng)3cm的超導(dǎo)帶材時(shí)在不同的疊放條件下進(jìn)行測(cè)試得到如圖 5所示的磁場(chǎng)空間分布信息示意圖，當(dāng)計(jì)算模塊獲取到二維磁場(chǎng)空間分布信息時(shí)，設(shè)定z軸 距離且設(shè)定傅立葉變換時(shí)xy分辨率，對(duì)二維磁場(chǎng)空間分布信息進(jìn)行傅立葉變換以將實(shí)空間 的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到K空間中。在K空間進(jìn)行畢奧薩伐爾逆運(yùn)算，然后再進(jìn)行傅立葉逆變換以實(shí)現(xiàn) 將K空間的數(shù)據(jù)映射到實(shí)空間，之后判斷電流分布即判斷樣品內(nèi)部是否平衡以及邊緣是否 陡峭，如果不滿足，則重新設(shè)定傅立葉變換時(shí)xy分辨率重新判斷。如果滿足，則計(jì)算所得電 流產(chǎn)生磁場(chǎng)與實(shí)際勵(lì)磁磁場(chǎng)是否在誤差限內(nèi)，如果不在誤差限內(nèi)，則重新設(shè)定z軸距離重復(fù) 上述步驟，如果在誤差限內(nèi)，則輸出二維電流密度分布數(shù)據(jù)，最后得到如圖6所示的電流密 度示意圖。
[0057]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例中畢奧薩伐爾算法采用以下公式實(shí)現(xiàn)：
[0060] 式（1)與（2)中，bz、jx、jy是距離樣品表面高度為z的磁場(chǎng)B z、電流Jx、電流Jy的傅立 葉變換形式，kx、ky是傅立葉空間坐標(biāo)，々 = 是虛數(shù)單位，e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，μ〇 是真空磁導(dǎo)率。
[0061] 可見(jiàn)，本發(fā)明中只需要測(cè)量樣品表面各處的Bz(x，y)即可利用式（1)與（2)樣品各 處的 Jx(x，y)、Jy(x，y)。
[0062] 為進(jìn)一步提高檢測(cè)精度，如圖7所示，本發(fā)明一實(shí)施例中磁探針裝置還包括至少一 個(gè)彈性部件16。每個(gè)彈性部件16設(shè)置在探針支桿5與探針基座6之間，通過(guò)調(diào)節(jié)探針基座6可 以使磁探針4與樣品保持接觸。當(dāng)樣品移動(dòng)時(shí)，彈性部件16可以使磁探針4與樣品始終保持 接觸狀態(tài)。該彈性部件16可以為彈簧，該彈簧的一端固定在探針基座6上，另一端固定在探 針支桿5上，該彈簧的外面還設(shè)置有空心管，在探針支桿5受到外力時(shí)可以收縮到空心管的 內(nèi)部。當(dāng)去掉外力時(shí)，彈簧可以將探針支桿5從空心管內(nèi)彈出。通過(guò)調(diào)節(jié)施加到彈簧上面的 外力，可以使磁探針4與樣品之間保持接觸狀態(tài)，這樣就可以檢測(cè)到樣品表面的磁場(chǎng)分布信 息。
[0063] 為縮短檢測(cè)時(shí)間，本發(fā)明一實(shí)施例中二維掃描平臺(tái)在包括二維平臺(tái)豎梁1和二維 平臺(tái)橫梁2的情況下，如圖8所示，還包括輔助二維平臺(tái)橫梁2'。該輔助二維平臺(tái)橫梁2'的一 端設(shè)置在二維平臺(tái)豎梁1的上表面，并且可沿著二維平臺(tái)豎梁方向即y軸方向移動(dòng)。然后與 在該輔助二維平臺(tái)橫梁2'設(shè)置磁探針4,從而可以采用兩個(gè)磁探針同時(shí)檢測(cè)樣品的磁場(chǎng)空 間分布信息，縮短檢測(cè)時(shí)間。當(dāng)然，也可以設(shè)置多個(gè)輔助二維平臺(tái)橫梁，這樣采用多個(gè)磁探 針進(jìn)行測(cè)量。
[0064] 當(dāng)檢測(cè)的樣品比較長(zhǎng)時(shí)需要測(cè)量多次，為減少測(cè)量次數(shù)，本發(fā)明一實(shí)施例中提供 的掃描磁探針顯微鏡還包括傳動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置用于使超導(dǎo)長(zhǎng)帶與樣品臺(tái)基座保持平行 狀態(tài)且從磁探針4與勵(lì)磁磁體12之間通過(guò)。如圖9所示，該傳動(dòng)裝置包括兩個(gè)校正輪（即第一 校正輪17 '與第二校正輪17 '），第一校正輪與第二校正輪設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)上，并且第一校正 輪與第二校正輪的最低點(diǎn)位于同一個(gè)水平面以使樣品從磁探針4與勵(lì)磁磁體12之間通過(guò)。 另外該傳動(dòng)裝置還包括兩個(gè)傳輸輪17,用于為樣品提供外力以使樣品在樣品從磁探針4與 勵(lì)磁磁體12之間移動(dòng)。
[0065]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中上述輔助二維平臺(tái)橫梁、彈性部件以及傳動(dòng)裝置可以隨 意組合所得到的顯微鏡同樣可以解決本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)效果。 因此，上述組合得到的技術(shù)方案同樣落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0066]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"、"第三"僅用于描述目的，而不能理解為指示或 暗示相對(duì)重要性。術(shù)語(yǔ)"多個(gè)"指兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確的限定。
[0067]雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求 所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，包括：二維掃描平臺(tái)、基準(zhǔn)平臺(tái)、樣品調(diào)平裝 置、勵(lì)磁磁體、低溫杜瓦、磁探針裝置和計(jì)算模塊； 所述低溫杜瓦設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)的凹槽內(nèi)，用于儲(chǔ)存液氮以降低其內(nèi)部的樣品的溫 度； 所述樣品調(diào)平裝置設(shè)置在所述低溫杜瓦內(nèi)，用于在樣本放入時(shí)調(diào)節(jié)樣品的高度以使該 樣本與所述基準(zhǔn)平臺(tái)保持平行狀態(tài)； 所述二維掃描平臺(tái)設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)的上表面，用于調(diào)節(jié)所述磁探針裝置的位置以 使所述磁探針裝置處于不同的檢測(cè)位置； 所述勵(lì)磁磁體設(shè)置在所述樣本調(diào)平裝置的上方，且內(nèi)部用于放置樣本，用于為所述樣 本提供外部磁場(chǎng)； 所述磁探針裝置固定所述二維掃描平臺(tái)上，并且懸于所述樣品調(diào)平裝置的正上方，用 于在施加外部磁場(chǎng)時(shí)檢測(cè)樣本上方的磁場(chǎng)空間分布信息； 所述計(jì)算模塊與所述磁探針裝置相連接，用于根據(jù)磁探針裝置所檢測(cè)出的磁場(chǎng)空間分 布信息計(jì)算所述樣品的電流密度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述二維掃描平臺(tái)包括二維 平臺(tái)豎梁和二維平臺(tái)橫梁;所述二維平臺(tái)豎梁固定在所述基準(zhǔn)平臺(tái)上;所述二維平臺(tái)橫梁 的一端設(shè)置在所述二維平臺(tái)豎梁的上表面，并且可沿著所述二維平臺(tái)豎梁方向移動(dòng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述二維掃描平臺(tái)還包括輔 助二維平臺(tái)橫梁，所述輔助二維平臺(tái)橫梁的一端設(shè)置在所述二維平臺(tái)豎梁的上表面，并且 可沿著所述二維平臺(tái)豎梁方向移動(dòng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述磁探針裝置包括 至少一組探針單元，每組探針單元包括磁探針、探針支桿以及探針基座，所述磁探針通過(guò)所 述探針支桿固定在所述探針基座上，所述探針基座設(shè)置在所述二維平臺(tái)橫梁或者輔助二維 平臺(tái)橫梁的一側(cè)，用于調(diào)節(jié)所述磁探針的檢測(cè)位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述磁探針為霍爾元件、巨 磁阻元件、磁通門器件、超導(dǎo)量子干涉儀中的一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述磁探針裝置還包括至少 一個(gè)彈性部件，所述彈性部件設(shè)置在所述探針支桿與所述探針基座之間，用于使所述探針 與樣品表面保持接觸。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述樣本調(diào)平裝置包括樣品 臺(tái)基座、多個(gè)剛性連桿以及與剛性連桿一一對(duì)應(yīng)的調(diào)平螺栓、測(cè)距探頭;所述多個(gè)剛性連桿 的一端固定在所述樣品臺(tái)基座上，另一端通過(guò)相對(duì)應(yīng)的調(diào)平螺栓固定在所述基準(zhǔn)平臺(tái)上； 所述測(cè)距探頭固定在二維平臺(tái)橫梁的一側(cè)； 所述測(cè)距探頭測(cè)量與樣品臺(tái)基座之間的距離，然后通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)調(diào)平螺栓以調(diào)節(jié)所述 樣品臺(tái)基座的平整度。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述計(jì)算模塊利用畢奧薩伐 爾反卷積算法獲取樣品的電流密度。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，還包括傳動(dòng)裝置，所述傳動(dòng) 裝置用于使超導(dǎo)長(zhǎng)帶與所述樣品臺(tái)基座保持平行狀態(tài)且從所述磁探針與所述勵(lì)磁磁體之 間通過(guò)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的掃描磁探針顯微鏡，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置包括第一校 正輪和第二校正輪;所述第一校正輪與所述第二校正輪設(shè)置在所述基準(zhǔn)平臺(tái)上，并且所述 第一校正輪與所述第二校正輪的最低點(diǎn)位于同一個(gè)水平面。
【文檔編號(hào)】G01Q60/50GK106093476SQ201610425247
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】顧晨
【申請(qǐng)人】北京原力辰超導(dǎo)技術(shù)有限公司