Application of the Autocorrelation Function and Fractal Geometry Methods for Analysis of MFM Images

• Autorzy: Bramowicz M. , Kulesza S. , Czaja P. , Maziarz W.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0075

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie funkcji autokorelacji oraz geometrii fraktalnej do analizy obrazów struktur domenowych rejestrowanych metodą MFM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Presented work is focused on the use of correlation methods for numerical analysis of magnetic stray field over the surface of materials. Obtained results extend our previous findings about application of the autocorrelation function and the fractal analysis for characterization of magnetic surfaces. Several domain images are recorded at various tip-sample gaps (i.e. the lift heights), and then their average widths were extrapolated down to the zero distance in order to estimate the width seen right on the surface. Apart from that, fractal parameters were derived from autocorrelation function, which turned out to be sensitive to the lift height, and might constitute universal measure (the critical lift height), above which the MFM signal became dominated by thermal noises and non-magnetic residual interactions.

PL

Niniejsza praca dotyczy zastosowania metod korelacyjnych do numerycznej analizy obrazów rozkładu pola magnetycznego emitowanego z obszarów spontanicznego namagnesowania. W pracy przedstawiono kontynuację badań nad zastosowaniem funkcji autokorelacji oraz metod analizy fraktalnej w badaniach struktury domenowej oraz charakterystyki emitowanego z nich pola magnetycznego. Wyniki badań wykazują zależność mierzonej metodami mikroskopii sił magnetycznych (MFM) szerokości domen od wysokości skanowania nad badaną powierzchnią, sugerując przeprowadzanie serii pomiarów na różnych wysokościach (h), ich aproksymację z następną ekstrapolacją do powierzchni (h=0). Przeprowadzona analiza fraktalna, wskazuje na możliwość jej aplikacji do charakterystyki zmian sygnału magnetycznego rejestrowanego przez MFM. Pozwala ona również na wyznaczenie wysokości krytycznej (hkr), na której sygnałem dominującym stają się nakładające się na sygnał magnetyczny pozostałości niemagnetycznych interakcji między igłą sondy i badaną powierzchnią, stanowiące rejestrowany przez MFM szum.

Słowa kluczowe

EN

atomic force microscopy (AFM); magnetic force microscopy; magnetic domains; fractal analysis

PL

mikroskopia sił magnetycznych; MFM; analiza fraktalna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 2
• Strony: 451--457
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Bramowicz M.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Technical Sciences, Oczapowskiego 11, 10-719 Olsztyn, Poland

autor

Kulesza S.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Faculty of Mathematics and Computer Science, Sloneczna 54, 10-710 Olsztyn, Poland

autor

Czaja P.

• Institute of Metallurgy and Materials Science Polish Academy of Science, Reymonta 25, 30-059 Kraków, Poland

autor

Maziarz W.

• Institute of Metallurgy and Materials Science Polish Academy of Science, Reymonta 25, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] J. E. Lennard-Jones, On the Determination of Molecular Fields, Proc. R. Soc. Lond. A 106 (738), 463-477 (1924).
• [2] L. Kong, S. Y. Chou, Quantification of magnetic force microscopy usingamicronscale current ring, Appl. Phys. Lett. 70 (15), 2043-2045 (1997).
• [3] U. Hartmann, An elementary introduction to atomic force microscopy and related methods, PDFdocument from the Institute of Experimental Physics, Univ. of Saarbrücken (www.uni-saarland.de/fak7/hartmann/download/afm/afm.pdf)
• [4] R. Proksch, K. Babcock, J. Clevelan d, Magnetic dissipation microscopy in ambient conditions, Appl. Phys. Lett. 74, 419-421 (1999).
• [5] P. Grutter, Y. Liu, P. Le Blanc, U. Durig, Magnetic dissipation force microscopy, Appl. Phys. Lett. 71, 2, 279-281 (1997).
• [6] E. Mainsah, J.A. Greenwood, D.G. Chetwynd, Metrology and Properties of Engineering Surfaces, Kluwer Academic Publishers (2001).
• [7] K. J. Stout, P. J. Sullivan, W. P. Dong, E. Mainsah, N. Luo, T. Mathia, H. Zahouani, The development of methods for the characterisation of roughness in three dimensions, Publication no EUR15178ENof the Commission of the European Communities Dissemination of Scientific and Technical Knowledge Unit Directorate General Information Technologies and Industries and Telecommunications, University of Birmingham Edgbaston, Birmingham, B152 TT, 1993.
• [8] M. Bramowicz, S. Kulesza, Amagnetic force microscopy study of magnetic domain structure in maraging steel, Solid State Phenomena - in press.
• [9] J. C. Russ, Fractal Sufaces, Plenum Press, New York (1994).
• [10] J. J. Wu, Analyses and simulation of anisotropic fractal surfaces, Chaos, Solitons and Fractals 13, 1791-1806 (2002).