磁場(chǎng)是一種看不見、摸不著的特殊的場(chǎng)。磁場(chǎng)不是由原子或分子組成的，但磁場(chǎng)是客觀存在的。磁場(chǎng)具有波粒的輻射特性。磁體周圍存在磁場(chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的，所以兩磁體不用在物理層面接觸就能發(fā)生作用。電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的。

　　日前，合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心陸輕鈾課題組自主研制成功首 個(gè)超導(dǎo)磁體中的可整體旋轉(zhuǎn)磁力顯微鏡(MFM)，即探針與樣品一同在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)方向在平行于樣品與垂直于樣品間連續(xù)變化，從而在非矢量型超導(dǎo)磁體中實(shí)現(xiàn)了材料磁疇結(jié)構(gòu)相對(duì)于磁場(chǎng)方向不同角度的各向異性成像測(cè)量。該裝置的研制成功為實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)全角度各向異性磁結(jié)構(gòu)成像提供了測(cè)量平臺(tái)，也為其推廣至更強(qiáng)磁場(chǎng)與極低溫條件成為可能。

　　磁體是指能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)的物質(zhì)或材料。是一種奇特的物質(zhì)，它有一種無形的力，既能吸引一些物質(zhì)，又能排斥一些物質(zhì)。一般分為永磁體和軟磁體。磁體具有兩極性，磁性北極N，磁性南極S，斬?cái)嗪笕允莾蓸ON級(jí)、S極。單個(gè)磁極不能存在。同時(shí)，磁體具有指向性，如果把一個(gè)磁體懸掛起來，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的南極指向地理南磁極左右，北極指向地理北磁極左右。

　　超導(dǎo)磁體是指低溫下用具有高轉(zhuǎn)變溫度和臨界磁場(chǎng)特別高的第二類超導(dǎo)體制成線圈的一種電磁體。它的主要特點(diǎn)是無導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的電損耗，也沒有因鐵芯存在而產(chǎn)生的磁損耗，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。在工業(yè)和科研上應(yīng)用極廣，但它必須在液態(tài)氦溫度下工作，成本較高。超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用首先是由Ferrier 在1969年提出的。最初的設(shè)想是為了滿足法國電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)負(fù)荷變化的需要。在20世紀(jì)70年代，制作一個(gè)超導(dǎo)線圈比制作一個(gè)電力電子裝置容易。1974 年，美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室研制出了第一個(gè)可以運(yùn)行的帶三相逆變器的超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)。超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能的原理是利用超導(dǎo)線圈直流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)儲(chǔ)存能量，為了減少能量損耗，儲(chǔ)能線圈需由超導(dǎo)材料制成并將其浸沒在液態(tài)的氮或氦中。超導(dǎo)線圈的關(guān)鍵技術(shù)是其制造和冷卻。

　　磁力顯微鏡是一種原子力顯微鏡，通過磁性探針掃描磁性樣品，檢測(cè)探針和磁性樣品表面的相互作用以重構(gòu)樣品表面的磁性結(jié)構(gòu)。很多種類的磁性相互作用可以通過磁力顯微鏡測(cè)量，包括磁偶相互作用。磁力顯微鏡掃描經(jīng)常使用非接觸式的模式。磁力顯微鏡的掃描方法被稱為“提升高度”法。當(dāng)探針以小距離(< 10nm)掃描樣品表面時(shí), 檢查到的不僅有磁力，還有原子力和靜電力。 提升高度法通過如下手段提高磁力的精確度:首先，各條掃描線測(cè)量生成剖面。探針的測(cè)的的是樣品接近于AFM測(cè)量的結(jié)果。提升磁性探針高度，離樣品更遠(yuǎn)一些。重復(fù)測(cè)量, 從中提取出磁性信號(hào)。

　　磁力顯微鏡的主要結(jié)構(gòu):壓電掃描儀

　　在x,y和z方向上移動(dòng)樣品。通過不同方向上的電極施加電壓。通常，每1到10nm1伏特。圖像通過在樣品表面進(jìn)行緩慢的光柵掃描得以形成。掃描區(qū)域從幾個(gè)到200微米。成像時(shí)間從幾分鐘到30分鐘。根據(jù)懸臂材料的不同，懸臂恢復(fù)力常數(shù)從0.01到100N/m。

　　磁性探針在靈敏的杠桿(懸臂)的一端，通常是涂油磁性材料的AFM探針。

　　在過去，探針通過蝕刻鎳之類的磁性材料獲得?，F(xiàn)在, 探針(探針懸臂)通過結(jié)合微加工和光刻技術(shù)來制造。因此，更小的探針得以制造，并且具有更好的操控性。懸臂可以由單晶硅，二氧化硅(SiO2), 或氮化硅(Si3N4)制造。 氮化硅懸臂探針模塊通常更耐用，并且有更小的恢復(fù)力常數(shù) (k)。探針被一層很薄(< 50nm) 的磁性薄膜(比如鎳或鈷)，通常具有高抗磁性,因此探針的磁性狀態(tài)(磁化強(qiáng)度M)不會(huì)在成像過程中改變。探針懸臂模塊由共振頻率相近的壓電晶體以通常10K赫茲到1M赫茲的頻率驅(qū)動(dòng)。

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