در حقیقت اگر سوزنی با گشتاور مغناطیسی استفاده شود، می توان از هر میکروسکوپ نیرویی روبشی به عنوان میکروسکوپ نیروی مغناطیسی استفاده نمود. در این صورت، MFM نسبت به خطوط میدان مغناطیسی خارج شده (emanating) از نمونه، حساس می شود. در اینجا می توان از سوزن های دیگری که به خطوط میدان مغناطیسی حساس هستند، نیز استفاده کرد. مثال های آن عبارتند از: پروب های میکروساخت هال (Microfabricated Hall probes)، آشکارسازهای مقاومت مغناطیسی (magnetoresistive) و ابزارهای تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUIDS= Superconductive quantum interference devices) [2].

2- تاریخچه

از آن زمان، نیروهای ایجاد شده توسط میدان مغناطیسی، برروی نمونه های مختلفی، بررسی شده است. آزمایش های موفقیت آمیزی تحت شرایط محیطی مانند هوا، خلاء، [13]، UHV [14-16]، دماهای پایین [5, 17, 18]، و محیط های ذخیره مغناطیسی [19] صورت گرفته است. در نتیجه میکروسکوپی نیروی مغناطیس در بیست سال اخیر به صورت متداول ترین تکنیک تصویرگیری مغناطیسی درآمده است [2].

3- سیستم کاری MFM
تصویری که با یک سوزن مغناطیسی گرفته می شود، شامل اطلاعاتی درباره هر دو نوع خواص توپوگرافی و مغناطیسی سطح است. اثر غالب، به فاصله سوزن و نمونه بستگی دارد. نیروی مغناطیسی بین اتمی، نسبت به نیروی واندروالس تا فواصل بیشتری بین سوزن و سطح برقرار است. اگر سوزن به سطح نمونه نزدیک باشد، در ناحیه ای که AFM دینامیکی استاندارد کار می کند، تصویر عمدتا توپوگرافی خواهد بود. با افزایش فاصله بین سوزن و نمونه، تأثیرات مغناطیسی غالب تر می شوند. جمع آوری مجموعه ای از تصاویر در فواصل مختلف سوزن تا نمونه یک راه جدا کردن اثرات مغناطیسی از توپوگرافی است [2, 20].
شماتیک ساده شده سیستم کنترل در میکروسکوپ نیروی مغناطیسی که مشابه سیستم های کنترل موجود در میکروسکوپ های AFM و EFM است، در شکل 2 نشان داده شده است.



4- اندازه گیری نیروهای مغناطیسی
به منظور تصویر برداری برهمکنش های مغناطیسی سوزن - نمونه به عنوان تابعی از موقعیت X و Y، سوزن در فاصله ای به اندازه کافی بزرگ، که از نیروهای غیرمغناطیسی قوی سوزن – نمونه اجتناب شود، روبش را شروع می کند. سپس می توان توسط حالات مختلف کاری میکروسکوپی نیروی روبشی، برهمکنش مغناطیسی سوزن – نمونه را اندازه گیری نمود.

اگرچه می توان هر میکروسکوپ نیروی روبشی را بعنوان میکروسکوپ نیروی مغناطیسی استفاده کرد، اندازه گیری نیروهای مغناطیسی، مسئله ای دشوار است. در حالی که در یک آزمایش معمول میکروسکوپی نیرویی روبشی، نیروی سوزن – نمونه معمولا در محدوده نانونیوتن است که برای اندازه گیری توپوگرافی نمونه در حالات تماسی و غیرتماسی استفاده می شود، نیروهای مغناطیسی، معمولا دو یا سه برابر کوچک تر هستند. در نتیجه وقتی که سوزن در تماس با نمونه است یا حتی در محدوده نیروهای نیروهای سوزن – نمونه قرار دارد، آشکارسازی این نیروهای کوچک مغناطیسی بسیار مشکل است.

با فرض اینکه کانتیلور و نیرو در جهت Z تنظیم شده اند، انحراف کانتیلور در اثر نیروی برهمکنش مغناطیسی سوزن – نمونه، با روابط زیر تعیین می شود:

که ، ثابت نیروی کانتیلور و جزء Z برآیند تمام نیروهای برهمکنش غیرمغناطیسی سوزن – نمونه است. اگر سوزن در تماس با نمونه باشد، این برآیند نیرو در حد چندین N/m خواهد بود. در این صورت انحراف کانتیلور منعکس کننده توپوگرافی نمونه است و نه میدان مغناطیسی.

جهت تهیه نقشه میدان مغناطیسی خارج شده از نمونه، باید میکروسکوپ در حالت غیرتماسی کار کند. همچنین فاصله بین سوزن و نمونه باید به اندازه کافی زیاد باشد تا از برهمکنش های غیر مغناطیسی سوزن و نمونه، ناشی از نیروهای وابسته به توپوگرافی، اجتناب شود. در این صورت برهمکنش های سوزن- نمونه، باعث تولید سیگنال می گردد [2, 21].

5- برهمکنش سوزن MFM و میدان مغناطیسی موضعی
تشریح جزئیات برهمکنش سوزن MFM، با میدان مغناطیسی موضعی ، ایجاد شده توسط یک نمونه، مسئله پیچیده ای است. با فرض اینکه سوزن MFM به عنوان یک دوقطبی مغناطیسی منفرد با ممان مغناطیسی عمل می کند، می توان مدل ساده ای از آن را در نظر گرفت [22].
بر اساس این مدل، انرژی مغناطیسی سیستم حاضر حاصلضرب عددی و  است.

دوقطبی مغناطیسی در میدان ، بوسیله نیروی زیر تأثیر می پذیرد:

و ممان نیروی ، حاصل ضرب برداری و است:

در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، نیروی، صفر است. این در حالی است که در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت، دوقطبی ها به سوی مناطقی با شدت میدان مغناطیسی ، بیشتر جذب می شود.

بطور کلی ممان مغناطیسی سوزن MFM می تواند بصورت برهمنهی دوقطبی های مغناطیسی به فرم زیر بیان شود:


برای اندازه گیری های فاز، زمانی که فرکانس ارتعاشات کانتیلور با فرکانس تشدید سیستم سوزن – نمونه، منطبق باشد، حداکثر حساسیت بدست می آید [3]:

در شکل 6، تصاویر میکروسکوپ نیروی مغناطیسی از سطح یک دیسک مغناطیسی که به کمک تکنیک های مختلف بدست آمده اند، ارائه شده است.


نتیجه گیری
جهت مطالعه خواص مغناطیسی موضعی و تغییرات نیروی مغناطیسی در سطح نمونه، از میکروسکوپ نیروی مغناطیسی استفاده می شود که در آن میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط نمونه، به وسیله سوزنی که با لایه ای نازک از مواد فرومغناطیس و مغناطیس پوشیده شده است، اندازه گیری می شود. در این میکروسکوپ ها، اگر سوزن به سطح نمونه نزدیک باشد (ناحیه دینامیکی استاندارد AFM)، تصویر عمدتا توپوگرافی است و با افزایش فاصله سوزن، تأثیرات مغناطیسی غالب می شود. بنابراین جهت تهیه نقشه میدان مغناطیسی خارج شده از نمونه، باید میکروسکوپ در حالت غیرتماسی کار کند. بکارگیری تکنیک های نوسانی در این میکروسکوپ ها، در مقایسه با تکنیک های استاتیکی، علاوه بر حساسیت بالاتر، امکان تهیه تصاویر بهتر را فراهم می کند.