磁力显微镜
磁力显微镜（Magnetic Force Microscope, MFM）是一种利用磁性探针对磁性样品表面进行扫描检测的原子力显微镜，通过探针与样品表面的磁性相互作用来重构样品表面的磁性结构。MFM能够测量多种磁性相互作用，包括磁偶相互作用，并常采用非接触式模式进行扫描。
扫描过程
磁力显微镜的扫描方法被称为“提升高度”法，该方法通过以下步骤提高磁力的精确度：
1. 在样品表面扫描，得到样品的表面形貌信息，这个过程与在轻敲模式中成像一样；
2. 探针回到当前行扫描的开始点，增加探针与样品之间的距离（即抬起一定的高度），根据第一次扫描得到的样品形貌，始终保持探针与样品之间的距离，进行第二次扫描。在这个阶段，可以通过探针悬臂振动的振幅和相位的变化，得到相应的长程力的图像；
3. 在抬起模式中，必须根据所要测量的力的性质选择相应的探针。
结构与原理
磁力显微镜的主要结构包括压电扫描仪、磁性探针和悬臂模块。压电扫描仪负责在x、y和z方向上移动样品，通过施加电压来控制移动，通常每1到10nm需要1伏特。图像通过在样品表面进行缓慢的光栅扫描形成，扫描区域从几个到200微米，成像时间从几分钟到30分钟。磁性探针通常位于灵敏的悬臂一端，悬臂恢复力常数从0.01到100N/m不等。现代探针（探针悬臂）通过结合微加工和光刻技术制造，使得探针更小且具有更好的操控性。悬臂可以由单晶硅、二氧化硅（SiO2）或氮化硅（Si3N4）制造，其中氮化硅悬臂探针模块通常更耐用，并且有更小的恢复力常数。探针被一层很薄（\u003c 50 nm）的磁性薄膜（如或钴）覆盖，通常具有高抗磁性，以保持探针的磁性状态（磁化强度M）在成像过程中不变。探针悬臂模块由共振频率相近的压电晶体以通常10K赫兹到1M赫兹的频率驱动。
分辨率与局限
磁力显微镜的典型分辨率可以达到30nm，尽管10到20nm的分辨率也是可实现的。然而，MFM的一个缺点是探针与样品之间存在较强的相互作用，这可能会影响样品本身的磁性质，增加了图像解释的困难程度。此外，扫描的范围小，图像依赖于探针的高度。MFM对系统的封装要求较高，外界的磁噪声、振动以及气体流动等都可能影响图像质量。
与其他技术的比较
与其他磁成像技术相比，磁力显微镜具有分辨率高、可在大气中工作、不破坏样品且不需要特殊的样品制备等优点。静电力显微镜(EFM)和磁力显微镜(MFM)原理相似，它采用导电探针以抬起模式进行扫描。由于样品上方的电场梯度的存在，探针与样品表面电场之间的静电力会引起探针微悬臂共振频率的变化，从而导致其振幅和相位的变化。
发展历程
磁力显微镜的发展基于以下发明的推动：
- 1982年，扫描隧道显微镜（STM）的发明，其中探针和样品之间的隧道电流被用作信号，探针和样品必须都是导体。
- 1986年，原子力显微镜（AFM）的发明，探针和样品之间的力（原子/静电）可以通过一个灵敏的杠杆（悬臂）的偏转检测，悬臂探针通常悬挂在样品相距几十纳米的上方。
- 1987年，磁力显微镜（MFM）的发明，源于原子力显微镜，探针和样品之间的磁力可以测量，杂散磁场的图像可以通过磁化探针在样品表面进行的光栅扫描获得。