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ELECTRIC FORCE AND MAGNETIC FORCE MICROSCOPE AND SIMULTANEOUS ELECTRIC FIELD AND MAGNETIC FIELD MEASUREMENT METHOD

Foreign code F150008547
File No. (S2014-0359-N0)
Posted date Nov 25, 2015
Country WIPO
International application number 2015JP052766
International publication number WO 2015115622
Date of international filing Jan 30, 2015
Date of international publication Aug 6, 2015
Priority data
  • P2014-016131 (Jan 30, 2014) JP
Title ELECTRIC FORCE AND MAGNETIC FORCE MICROSCOPE AND SIMULTANEOUS ELECTRIC FIELD AND MAGNETIC FIELD MEASUREMENT METHOD
Abstract An electric force and magnetic force microscope (1) provided with: a probe member (11) having a soft magnetic probe (112); a probe excitation unit (12) for exciting the probe member (11); an alternating electric field application unit (131) and an alternating magnetic field application unit (132) for applying an alternating electric field and an alternating magnetic field having different frequencies to the soft magnetic probe (112); an alternating electric field driving unit (141) and an alternating magnetic field driving unit (142) for driving the alternating electric field application unit (131) and the alternating magnetic field application unit (132); a probe vibration detection unit (15) for detecting the vibration of the probe member (11) and generating a vibration detection signal (VIB); a probe scanning unit (16) for scanning a sample (SMPL) using the soft magnetic probe (112); a demodulation unit (17) for acquiring the vibration detection signal (VIB) and demodulating the alternating electric force and alternating magnetic force generated between the sample (SMPL) and the soft magnetic probe (112); an electric field measurement unit (181) for using the demodulated alternating electric force to measure the electric field generated by the sample (SMPL); and a magnetic field measurement unit (182) for using the demodulated alternating magnetic force to measure the magnetic field generated by the sample (SMPL).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
励振している探針部材の先端に設けた導電性のソフト磁性探針に周波数が異なる交流電場と交流磁場とを印加し、前記ソフト磁性探針により試料を走査し、前記探針部材の振動を検出することで、前記試料から発生する電場と磁場とを同時に測定する電気力/磁気力顕微鏡であって、
前記探針部材と、
前記探針部材を励振させる探針励振部と、
前記交流電場を発生し当該交流電場を前記ソフト磁性探針に印加する交流電場印加部と、
前記交流磁場を発生し当該交流磁場を前記ソフト磁性探針に印加する交流磁場印加部と、
前記交流電場印加部を駆動する交流電場駆動部と、
前記交流磁場印加部を駆動する交流磁場駆動部と、
前記探針部材の振動を検出し、振動検出信号を生成する探針振動検出部と、
前記ソフト磁性探針により前記試料を走査するために、前記探針部材を空間駆動する探針走査部と、
前記振動検出信号を取得し、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた交流電気力および交流磁気力を復調する復調部と、
前記復調部により復調された前記交流電気力を用いて、前記試料から発生する前記電場を測定する電場測定部と、
前記復調部により復調された前記交流磁気力を用いて、前記試料から発生する前記磁場を測定する磁場測定部と、
を備えたことを特徴とする電気力/磁気力顕微鏡。
[請求項2]
試料から発生する時間変化しない直流電場と直流磁場とを同時に測定するための請求項1に記載の電気力/磁気力顕微鏡であって、
前記電場測定部は、
前記試料と前記導電性のソフト磁性探針との間に生じた前記交流電気力を測定する交流電気力測定部と、
前記交流電気力測定部により測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加部が印加する交流電場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流電場を測定する直流電場測定部と、
を備え、
前記磁場測定部は、
前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流磁気力を測定する交流磁気力測定部と、
前記交流磁気力測定部により測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加部が印加する交流磁場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流磁場を測定する直流磁場測定部と、
を備えたことを特徴とする電気力/磁気力顕微鏡。
[請求項3]
試料から発生する周期的に時間変化する交流電場と交流磁場とを同時に測定するための請求項1に記載の電気力/磁気力顕微鏡であって、
前記電場測定部は、
前記試料と前記導電性のソフト磁性探針との間に生じた前記交流電気力を測定する交流電気力測定部と、
前記交流電気力測定部により測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加部が印加する交流電場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流電場を測定する交流電場測定部と、
を備え、
前記磁場測定部は、
前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた交流磁気力を測定する交流磁気力測定部と、
前記交流磁気力測定部により測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加部が印加する交流磁場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流磁場を測定する交流磁場測定部と、
を備えたことを特徴とする電気力/磁気力顕微鏡。
[請求項4]
試料から発生する時間変化しない直流電場と直流磁場、および前記試料から発生する周期的に時間変化する交流電場と交流磁場を同時に測定するための請求項1に記載の電気力/磁気力顕微鏡であって、
前記電場測定部は、
前記試料と前記導電性のソフト磁性探針との間に生じた前記交流電気力を測定する交流電気力測定部と、
前記交流電気力測定部により測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加部が印加する交流電場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流電場を測定する直流電場測定部と、
前記交流電気力測定部により測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加部が印加する交流電場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流電場を測定する交流電場測定部と、
を備え、
前記磁場測定部は、
前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流磁気力を測定する交流磁気力測定部と、
前記交流磁気力測定部により測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加部が印加する交流磁場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流磁場を測定する直流磁場測定部と、
前記交流磁気力測定部により測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加部が印加する交流磁場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流磁場を測定する交流磁場測定部と、
を備えたことを特徴とする電気力/磁気力顕微鏡。
[請求項5]
前記交流電場印加部が前記試料に印加する前記交流電場の周波数ωeと、前記交流磁場印加部が前記試料に印加する前記交流磁場の周波数ωmとが、1以上のいかなる整数nについてもωm≠nωeかつnωm≠ωeをみたす、請求項1~4のいずれかに記載の電気力/磁気力顕微鏡。
[請求項6]
励振している探針部材の先端に設けた導電性のソフト磁性探針に、周波数が異なる交流電場と交流磁場とを印加し、前記ソフト磁性探針により試料を走査し、前記ソフト磁性探針の振動を検出することで、前記試料から発生する電場と磁場を同時に測定する電場/磁場同時測定方法であって、
探針励振部により、前記探針部材を励振させる探針励振ステップと、
交流電場印加部により、前記交流電場を発生し、当該交流電場を前記ソフト磁性探針に印加するとともに、交流磁場印加部により、前記交流磁場を発生し、当該交流磁場を前記ソフト磁性探針に印加する交流電場/交流磁場印加ステップと、
探針振動検出部により、前記探針部材の振動を検出し振動検出信号を生成する探針振動検出ステップと、
探針走査部により、前記探針部材を空間駆動し、前記ソフト磁性探針により前記試料を走査する探針走査ステップと、
復調部により、前記振動検出信号を用いて前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた交流電気力および交流磁気力を復調する復調ステップと、
電場測定部により、前記復調ステップにおいて復調された前記交流電気力を用いて、前記試料から発生する前記電場を測定する電場測定ステップと、
磁場測定部により、前記復調ステップにおいて復調された前記交流磁気力を用いて、前記試料から発生する前記磁場を測定する磁場測定ステップと、
を有することを特徴とする電場/磁場同時測定方法。
[請求項7]
試料から発生する時間変化しない直流電場と直流磁場とを同時に測定するための請求項6に記載の電場/磁場同時測定方法であって、
前記電場測定ステップは、
交流電気力測定部により、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流電気力を測定する交流電気力測定ステップと、
直流電場測定部により、前記交流電気力測定ステップにおいて測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加ステップにおいて印加された交流電場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流電場を測定する直流電場測定ステップを有し、かつ、
前記磁場測定ステップは、
交流磁気力測定部により、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流磁気力を測定する交流磁気力測定ステップと、
直流磁場測定部により、前記交流磁気力測定ステップにおいて測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加ステップにおいて印加された交流磁場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流磁場を測定する直流磁場測定ステップと、
を有する、
ことを特徴とする電場/磁場同時測定方法。
[請求項8]
試料から発生する周期的に時間変化する交流電場と交流磁場とを同時に測定するための請求項6に記載の電場/磁場同時測定方法であって、
前記電場測定ステップは、
交流電気力測定部により、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流電気力を測定する交流電気力測定ステップと、
交流電場測定部により、前記交流電気力測定ステップにおいて測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加ステップにおいて印加された交流電場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流電場を測定する交流電場測定ステップと、
を含み、かつ、
前記磁場測定ステップは、
交流磁気力測定部により、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流磁気力を測定する交流磁気力測定ステップと、
交流磁場測定部により、前記交流磁気力測定ステップにおいて測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加ステップにおいて印加された交流磁場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流磁場を測定する交流磁場測定ステップと、
を含むことを特徴とする電場/磁場同時測定方法。
[請求項9]
試料から発生する、時間変化しない直流電場と直流磁場および周期的に時間変化する交流電場と交流磁場を同時に測定するための請求項6に記載の電場/磁場同時測定方法であって、
前記電場測定ステップは、
交流電気力測定部により、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流電気力を測定する交流電気力測定ステップと、
直流電場測定部により、前記交流電気力測定ステップにおいて測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加ステップにおいて印加された交流電場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流電場を測定する直流電場測定ステップと、
交流電場測定部により、前記交流電気力測定ステップにおいて測定した前記交流電気力から、前記交流電場印加ステップにおいて印加された交流電場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流電場を測定する交流電場測定ステップと、を含み、かつ、
前記磁場測定ステップは、
交流磁気力測定部により、前記試料と前記ソフト磁性探針との間に生じた前記交流磁気力を測定する交流磁気力測定ステップと、
直流磁場測定部により、前記交流磁気力測定ステップにおいて測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加ステップにおいて印加された交流磁場の周波数に等しい周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する時間変化しない前記直流磁場を測定する直流磁場測定ステップと、
交流磁場測定部により、前記交流磁気力測定ステップにおいて測定した前記交流磁気力から、前記交流磁場印加ステップにおいて印加された交流磁場の周波数の2倍以上の周波数成分を抽出することにより、前記試料から発生する周期的に時間変化する前記交流磁場を測定する交流磁場測定ステップと、
を含むことを特徴とする電場/磁場同時測定方法。
[請求項10]
前記交流電場印加部が前記試料に印加する前記交流電場の周波数ωeと、前記交流磁場印加部が前記試料に印加する前記交流磁場の周波数ωmとが、1以上のいかなる整数nについてもωm≠nωeかつnωm≠ωeをみたす、請求項6~9のいずれかに記載の電場/磁場同時測定方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • AKITA UNIVERSITY
  • Inventor
  • SAITO HITOSHI
  • YOSHIMURA SATORU
  • KINOSHITA YUKINORI
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JP KE KG KN KP KR KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN TD TG
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