【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁気顕微鏡に関する。
より詳細には、本発明は、物体の形状または磁化状態を
磁気センサを介して微細なレベルで観察することができ
る新規な顕微鏡の構成に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic microscope.
More specifically, the present invention relates to the construction of a novel microscope capable of observing the shape or magnetization state of an object at a fine level through a magnetic sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光の波長よりも短い分解能で物体の形状
を観察するために種々の顕微鏡が開発され、また使用さ
れている。代表的なものでは、電子線を利用した電子顕
微鏡やトンネル電流を応用したトンネル顕微鏡等がよく
知られている。2. Description of the Related Art Various microscopes have been developed and used for observing the shape of an object with a resolution shorter than the wavelength of light. As typical ones, an electron microscope using an electron beam and a tunnel microscope applying a tunnel current are well known.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】電子線を使用する電子
顕微鏡やトンネル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡
は、試料表面に導電性が必要なので利用範囲が限られ
る。また、導電性の無い試料に対しては前処理が必要に
なる。一方、原子間力顕微鏡や磁気力顕微鏡等では試料
表面に直接に応力を印加する必要があるので、弾力性あ
るいは変形性を有する試料は観察できない。The electron microscope that uses an electron beam and the scanning tunnel microscope that uses a tunnel current have a limited range of use because the sample surface must be electrically conductive. Further, pretreatment is required for a sample having no conductivity. On the other hand, with an atomic force microscope, a magnetic force microscope, or the like, it is necessary to apply stress directly to the sample surface, so a sample having elasticity or deformability cannot be observed.
【０００４】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、高い分解能を有し、且つ観察試料に対する制
限のない新規な磁気顕微鏡の構成を提供することをその
目的としている。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a novel magnetic microscope configuration having a high resolution and no limitation on an observation sample.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
環境磁界の影響を遮断して磁気的に安定な領域を画成す
る磁気遮蔽容器と、該磁気遮蔽容器内に載置した観察対
象の近傍に配置されたＳＱＵＩＤと、該磁気遮蔽容器内
で該ＳＱＵＩＤを移動させる移動手段とを備えることを
特徴とする磁気顕微鏡が提供される。That is, according to the present invention,
A magnetic shield container that blocks the influence of an environmental magnetic field to define a magnetically stable region, an SQUID placed in the vicinity of an observation target placed in the magnetic shield container, and the SQUID in the magnetic shield container. A magnetic microscope is provided, comprising: a moving unit that moves the SQUID.
【０００６】また、本発明の他の態様として、環境磁界
の影響を遮断して磁気的に安定な領域を画成する磁気遮
蔽容器と、該磁気遮蔽容器内に載置した観察対象の近傍
に先端が位置するプローブと、該プローブの先端に装着
されたプローブコイルと、該プローブコイルに接続され
たインプットコイルと、該インプットコイルと共通の磁
界環境に配置されたＳＱＵＩＤとを備えることを特徴と
する磁気顕微鏡が提供される。Further, as another aspect of the present invention, a magnetic shielding container which shields an influence of an environmental magnetic field to define a magnetically stable region, and an observation target placed in the magnetic shielding container are provided in the vicinity of the magnetic shielding container. A probe having a tip located therein; a probe coil attached to the tip of the probe; an input coil connected to the probe coil; and an SQUID arranged in a magnetic field environment common to the input coil. A magnetic microscope is provided.
【０００７】さらに、本発明の好ましい一実施態様に従
うと、上記本発明に係る磁気顕微鏡は、前記磁気遮蔽容
器内に所定の安定した磁界を発生する磁界発生手段を備
えている。Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the magnetic microscope according to the present invention includes magnetic field generating means for generating a predetermined stable magnetic field in the magnetic shielding container.
【０００８】[0008]
【作用】本発明に係る磁気顕微鏡は、試料の存在により
生じる磁界の変化をＳＱＵＩＤを用いて検出するように
構成されている点に特徴がある。The magnetic microscope according to the present invention is characterized in that the change in the magnetic field caused by the presence of the sample is detected by using the SQUID.
【０００９】即ち、既に提案されている各種の非光学顕
微鏡では、観察に先立って試料を加工する必要があった
り、観察中に試料に応力を印加する必要がある等、観察
対象に対する条件が限定されていた。That is, in the various types of non-optical microscopes already proposed, the conditions for the observation target are limited, for example, it is necessary to process the sample prior to observation, or to apply stress to the sample during observation. It had been.
【００１０】これに対して、本発明に係る磁気顕微鏡
は、磁気遮蔽容器により安定化された磁界内に試料を載
置し、試料の磁化率または透磁率により生じた磁界の変
動をＳＱＵＩＤにより検出して観察を行う。従って、磁
性体に対しても非磁性体に対しても観察を行うことがで
きる。また、磁気的に安定してさえいれば、容器内を減
圧したり、試料に応力を印加する必要がないので、試料
の物理的な性状に拠らず観察を行うことができる。On the other hand, in the magnetic microscope according to the present invention, the sample is placed in the magnetic field stabilized by the magnetic shielding container, and the variation of the magnetic field caused by the magnetic susceptibility or magnetic permeability of the sample is detected by SQUID. And observe. Therefore, it is possible to observe both the magnetic substance and the non-magnetic substance. Further, as long as it is magnetically stable, there is no need to depressurize the inside of the container or apply stress to the sample, so that observation can be performed regardless of the physical properties of the sample.
【００１１】尚、上記のような磁気顕微鏡では、磁界強
度を検出するＳＱＵＩＤにより観察対象を直接に走査す
ることもできるが、その場合、磁気顕微鏡の分解能はＳ
ＱＵＩＤの物理的な寸法等により決定される。しかしな
がら、ＳＱＵＩＤは、それ自体が弱結合を含むループで
あるため、特に弱結合形成のために高度な技術が要求さ
れる。この点、現在の超電導材料に対する微細加工技術
レベルを考慮すると、実際に高い分解能を有する磁気顕
微鏡を実現することは難しい。In the magnetic microscope as described above, the observation object can be directly scanned by the SQUID for detecting the magnetic field strength. In that case, the resolution of the magnetic microscope is S.
It is determined by the physical size of the QUID. However, since the SQUID is a loop which includes a weak bond in itself, a high technique is required especially for weak bond formation. In this respect, it is difficult to actually realize a magnetic microscope having a high resolution in view of the current level of fine processing technology for superconducting materials.
【００１２】そこで、本発明の好ましい一態様に従う
と、いわゆる磁束トランスに似た回路を構成する１対の
コイルを備えたプローブを用いることにより、比較的容
易に分解能を向上させることができる。即ち、１対のコ
イルのうちの一方はプローブの先端に配置されており、
他方は別途配置されたＳＱＵＩＤと共通の磁界環境内に
配設される。また、これら１対のコイルは、互いに共通
の電流路により結合されている。Therefore, according to a preferred aspect of the present invention, the resolution can be relatively easily improved by using a probe provided with a pair of coils forming a circuit similar to a so-called magnetic flux transformer. That is, one of the pair of coils is located at the tip of the probe,
The other is placed in the same magnetic field environment as the SQUID placed separately. Further, the pair of coils are coupled to each other by a common current path.
【００１３】以上のような構成によれば、観察対象近傍
の磁界内でプローブの先端を走査させることによりプロ
ーブコイルに電流が生じ、この電流がＳＱＵＩＤ近傍の
インプットコイルに流れるので、ＳＱＵＩＤ内には、プ
ローブ先端の磁界強度と比例した強度の磁界が発生す
る。ここで、プローブコイルはＳＱＵＩＤそのものより
も設計の自由度が高いので小型化が可能であり、ＳＱＵ
ＩＤで直接に観察対象を走査する場合よりも遙かに高い
分解能を実現することができる。According to the above configuration, a current is generated in the probe coil by scanning the tip of the probe in the magnetic field near the object to be observed, and this current flows in the input coil near the SQUID. , A magnetic field having an intensity proportional to the magnetic field intensity at the tip of the probe is generated. Since the probe coil has a higher degree of freedom in design than the SQUID itself, it can be downsized.
A much higher resolution can be realized than in the case of directly scanning the observation target with the ID.
【００１４】一方、プローブコイルおよびインプットコ
イルの１対のコイルを備えたプローブの構成は、電流路
を介して検出した磁束をＳＱＵＩＤに伝達するという点
ではいわゆる磁束トランスと共通している。しかしなが
ら、いわゆる磁束トランスが検出すべき磁束を増幅する
ことを目的としているのに対して、本発明に係る磁気顕
微鏡におけるプローブコイルは、検出した磁束を伝播さ
せればよいので必ずしも増幅させる必要はない。On the other hand, the configuration of the probe having a pair of coils of the probe coil and the input coil is common to the so-called magnetic flux transformer in that the magnetic flux detected through the current path is transmitted to the SQUID. However, while the so-called magnetic flux transformer is intended to amplify the magnetic flux to be detected, the probe coil in the magnetic microscope according to the present invention does not necessarily have to amplify it because it is sufficient to propagate the detected magnetic flux. .
【００１５】尚、上記磁気顕微鏡において、ＳＱＵＩＤ
およびプローブを構成する超電導電流路としては、従来
からの金属超電導材料のほか、酸化物超電導材料によっ
て構成することもできる。In the above magnetic microscope, the SQUID
The superconducting flow path constituting the probe may be made of an oxide superconducting material in addition to the conventional metal superconducting material.
【００１６】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the following disclosure is merely an example of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention.
【００１７】[0017]
【実施例】図１は、本発明に係る磁気顕微鏡の基本的な
構成を模式的に構成を示す図である。1 is a diagram schematically showing the basic structure of a magnetic microscope according to the present invention.
【００１８】同図に示すように、磁気顕微鏡は、環境磁
界による擾乱を遮断するための磁気遮蔽容器１と、磁気
遮蔽容器１内に所定の安定な磁界を発生させるための磁
界発生手段８と、磁界発生手段８が発生した磁界内に配
置されたＳＱＵＩＤ２と、ＳＱＵＩＤ２を磁気遮蔽容器
１内で精密に移動させることができる駆動装置３と、Ｓ
ＱＵＩＤ２から出力される信号に基づいて駆動装置３を
制御する制御装置４とを備えている。ここで、駆動装置
３は、ＳＱＵＩＤ２を垂直方向にも移動させる垂直駆動
手段３ａと、垂直駆動手段３ａ自体を移動させることに
よりＳＱＵＩＤ２を水平方向に移動させることができる
Ｘ−Ｙステージ３ｂとを組み合わせて構成されており、
ＳＱＵＩＤ２を任意の方向に移動させることができるよ
うに構成されている。尚、実際の磁気顕微鏡は、図中に
示すように、ＳＱＵＩＤ２を包囲し且つ底部が閉塞され
た断熱容器９を備えており、この断熱容器９に収容され
た冷却媒体の中にＳＱＵＩＤ２が浸漬された状態で使用
される。As shown in FIG. 1, the magnetic microscope includes a magnetic shield container 1 for blocking disturbance caused by an environmental magnetic field, and a magnetic field generating means 8 for generating a predetermined stable magnetic field in the magnetic shield container 1. , SQUID 2 arranged in the magnetic field generated by the magnetic field generating means 8, a drive device 3 capable of precisely moving the SQUID 2 in the magnetic shield container 1, and SQUID 2.
The controller 4 controls the drive device 3 based on the signal output from the QUID 2. Here, the drive device 3 is a combination of a vertical drive means 3a for moving the SQUID 2 also in the vertical direction, and an XY stage 3b capable of moving the SQUID 2 in the horizontal direction by moving the vertical drive means 3a itself. Consists of
The SQUID 2 can be moved in any direction. As shown in the figure, the actual magnetic microscope includes a heat insulating container 9 that surrounds the SQUID 2 and has a closed bottom, and the SQUID 2 is immersed in the cooling medium housed in the heat insulating container 9. It is used as it is.
【００１９】以上のように構成された磁気顕微鏡は、以
下のように動作する。まず、磁気遮蔽容器１内に載置し
た観察対象Ｓに対してＳＱＵＩＤ２を接近させ、続いて
駆動装置３によりＳＱＵＩＤ２を水平方向に走査させ
る。このとき、観察対象の近傍の磁界は、観察対象自体
の透磁率または磁化率に応じて特異的になっており、Ｓ
ＱＵＩＤ２を移動させることにより検出される磁界は観
察対象の形状または磁化状態に応じて変化する。The magnetic microscope configured as described above operates as follows. First, the SQUID 2 is moved closer to the observation target S placed in the magnetically shielded container 1, and then the SQUID 2 is horizontally scanned by the drive device 3. At this time, the magnetic field in the vicinity of the observation target is specific according to the magnetic permeability or magnetic susceptibility of the observation target itself, and S
The magnetic field detected by moving the QUID 2 changes according to the shape or magnetization state of the observation target.
【００２０】ここで、観察対象の形状を抽出する方法は
大別して２種類ある。その１つは前述したＳＱＵＩＤ２
により検出している磁界強度が変化しないようにＳＱＵ
ＩＤ２の高さを調節しつつ走査させ、ＳＱＵＩＤ２の移
動の軌跡から観察対象の形状を抽出する方法である。も
う１つの方法は、ＳＱＵＩＤ２を水平に移動させたとき
に検出される磁界強度の変化から観察対象の形状を算出
する方法である。尚、図１に示した磁気顕微鏡において
磁界発生手段８を動作させない、あるいは、磁界発生手
段８を取り除いた仕様でも、観察対象の磁化状態を観察
または測定する装置として使用することができる。Here, there are roughly two types of methods for extracting the shape of the observation target. One of them is the SQUID2 mentioned above.
SQU so that the magnetic field strength detected by
This is a method of performing scanning while adjusting the height of ID2, and extracting the shape of the observation target from the locus of movement of SQUID2. The other method is a method of calculating the shape of the observation target from the change in the magnetic field strength detected when the SQUID 2 is moved horizontally. The magnetic microscope shown in FIG. 1 can be used as an apparatus for observing or measuring the magnetization state of an observation target even if the magnetic field generating means 8 is not operated or the magnetic field generating means 8 is removed.
【００２１】図２は、本発明に係る磁気顕微鏡の他の構
成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the magnetic microscope according to the present invention.
【００２２】図２に示すように、この磁気顕微鏡は、磁
気遮蔽容器１と、磁気遮蔽容器１内に配置された磁界発
生手段８、プローブ５、駆動装置３、インプットコイル
６およびＳＱＵＩＤ２と、磁気遮蔽容器１の外部に配置
された制御装置４とを備えている。As shown in FIG. 2, this magnetic microscope includes a magnetic shielding container 1, a magnetic field generating means 8, a probe 5, a driving device 3, an input coil 6 and an SQUID 2 which are arranged in the magnetic shielding container 1, and a magnetic shield. The control device 4 is provided outside the shielding container 1.
【００２３】ここで、プローブ５は、図１に示したもの
と同様な駆動装置３に支持されており、磁気遮蔽容器１
内で、水平な２方向と垂直方向とにそれぞれ任意に移動
できるように構成されている。このとき、プローブ５の
少なくとも先端は、磁界発生手段８により発生した磁界
内に位置するように構成されている。また、駆動装置３
は、制御装置４の制御の下に動作するように構成されて
いる。尚、実際には、更に、図２中に示すように、プロ
ープ５、インプットコイル６およびＳＱＵＩＤ２を包囲
し且つ下部が閉塞された断熱容器９が設けられており、
この断熱容器９内に収容された冷却媒体に浸漬されたプ
ロープ５、インプットコイル６およびＳＱＵＩＤ２が超
電導臨界温度以下に冷却された状態で使用できるように
構成されている。Here, the probe 5 is supported by a driving device 3 similar to that shown in FIG.
It is configured so that it can be arbitrarily moved in two horizontal directions and a vertical direction. At this time, at least the tip of the probe 5 is configured to be located within the magnetic field generated by the magnetic field generating means 8. In addition, the drive device 3
Are configured to operate under the control of the controller 4. In addition, actually, as shown in FIG. 2, a heat insulating container 9 surrounding the probe 5, the input coil 6 and the SQUID 2 and having the lower part closed is provided.
The probe 5, the input coil 6 and the SQUID 2 immersed in the cooling medium housed in the heat insulating container 9 can be used in a state of being cooled to the superconducting critical temperature or lower.
【００２４】図３は、図２に示した磁気顕微鏡で使用し
ているプローブの構成を拡大して示す図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the structure of the probe used in the magnetic microscope shown in FIG.
【００２５】同図に示すようにプローブ５の先端にはプ
ローブコイル７が装着されており、このプローブコイル
７はインプットコイル６と接続されている。また、イン
プットコイル６と同じ磁界環境にＳＱＵＩＤ２が搭載さ
れている。尚、ＳＱＵＩＤ２の出力信号は、駆動装置３
を制御するための制御装置４にも入力されるように構成
されている。As shown in the figure, a probe coil 7 is attached to the tip of the probe 5, and the probe coil 7 is connected to the input coil 6. Further, the SQUID 2 is mounted in the same magnetic field environment as the input coil 6. In addition, the output signal of SQUID2 is the driving device 3
Is also input to the control device 4 for controlling the.
【００２６】尚、図中に示されたプローブコイルおよび
インプットコイルの巻き数は、実際には必要に応じて適
宜設定される。Incidentally, the numbers of turns of the probe coil and the input coil shown in the drawing are actually set appropriately as needed.
【００２７】以上のように構成された磁気顕微鏡は、以
下のように動作する。The magnetic microscope configured as described above operates as follows.
【００２８】まず、磁気遮蔽容器１の底部に検査対象を
載置した後、プローブ５の先端、即ちプローブコイル７
を検査対象に充分接近させる。続いて、プローブ５の先
端が水平に移動するように駆動装置３を動作させる。こ
のとき、試料の形状または磁化状態により検出する磁界
が変化する。この変化を検出することにより試料の形状
または磁化状態を検出することができる。First, after placing an inspection object on the bottom of the magnetic shield container 1, the tip of the probe 5, that is, the probe coil 7 is placed.
To be sufficiently close to the inspection target. Then, the drive device 3 is operated so that the tip of the probe 5 moves horizontally. At this time, the magnetic field to be detected changes depending on the shape or magnetization state of the sample. The shape or magnetization state of the sample can be detected by detecting this change.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る磁気顕微鏡は、試料の存在により生じた磁界の変動を
ＳＱＵＩＤにより検出するという新規な原理に基づく顕
微鏡であり、精密な観察が可能である一方で観察試料に
対する自由度が大きい。即ち、従来の非光学顕微鏡にお
いては、観察環境を減圧する必要があったり、観察試料
が導体に限られたりあるいは導体化処理が必要である
等、試料に対して種々の制限があったが、本発明に係る
磁気顕微鏡にはこの種の制限はない。As described in detail above, the magnetic microscope according to the present invention is a microscope based on the novel principle of detecting the variation of the magnetic field caused by the presence of the sample by SQUID, and enables precise observation. On the other hand, the degree of freedom with respect to the observation sample is large. That is, in the conventional non-optical microscope, it is necessary to reduce the pressure of the observation environment, the observation sample is limited to a conductor, or it is necessary to conduct a conductor, there are various restrictions on the sample, The magnetic microscope according to the invention does not have this type of limitation.
【００３０】また、プローブコイルを備えたプローブで
観察対象を走査するように構成することにより、充分に
高い分解能を得ることができる。また、プローブコイル
を備えた構成では、プローブとＳＱＵＩＤとを別に配置
することができるので、装置の構成の自由度が高くな
る、用途に応じて使用するＳＱＵＩＤを交換できる等の
利点もある。Further, by arranging the probe equipped with the probe coil to scan the observation target, a sufficiently high resolution can be obtained. Further, in the configuration including the probe coil, since the probe and the SQUID can be separately arranged, there are advantages that the degree of freedom in the configuration of the device is increased and the SQUID used can be exchanged depending on the application.
【図１】磁気顕微鏡の基本的な構成を模式的に示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram schematically showing a basic configuration of a magnetic microscope.
【図２】本発明に係る磁気顕微鏡の他の構成例を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the magnetic microscope according to the present invention.
【図３】図２に示した磁気顕微鏡で使用することができ
るプローブの構成を拡大して示す図である。3 is an enlarged view showing the configuration of a probe that can be used in the magnetic microscope shown in FIG.
１・・・磁気遮蔽容器、 ２・・・ＳＱＵＩＤ、３・・
・駆動手段、 ４・・・制御装置、５・・・プロー
ブ、 ６・・・インプットコイル、７・・・プロー
ブコイル ８・・・磁界発生手段、９・・・断熱容器1 ... Magnetically shielded container, 2 ... SQUID, 3 ...
・ Driving means, 4 ... Control device, 5 ... Probe, 6 ... Input coil, 7 ... Probe coil, 8 ... Magnetic field generating means, 9 ... Adiabatic container
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27909293AJPH07110366A (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Magnetic microscope |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27909293AJPH07110366A (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Magnetic microscope |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07110366Atrue JPH07110366A (en) | 1995-04-25 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27909293AWithdrawnJPH07110366A (en) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | Magnetic microscope |
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| WO2003048797A1 (en)* | 2001-11-27 | 2003-06-12 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Squid microscope for room temperature samples |
| JP2015133397A (en)* | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Magnetic sensor element using magneto impedance |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020088588A (en)* | 2001-05-18 | 2002-11-29 | 엘지전자 주식회사 | Scanning supercunducting quantum interference device(squid) microscope |
| WO2003048797A1 (en)* | 2001-11-27 | 2003-06-12 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Squid microscope for room temperature samples |
| JP2015133397A (en)* | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Magnetic sensor element using magneto impedance |
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