磁気ナノワイヤを物体に付着させる方法およびシステムならびにそれらから形成される装置
【課題】１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体およびそれから形成される装置に付着させる方法およびシステムを提供する。
【解決手段】１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させる電気泳動方法は、液体媒体内に１つまたは複数の磁気ナノワイヤを設けることを含むことができる。方法はまた、液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置することを含むことができる。さらに、方法は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを鋭利な先端に付着させるために、液体媒体に電界を印加することを含むことができる。
【解決手段】１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させる電気泳動方法は、液体媒体内に１つまたは複数の磁気ナノワイヤを設けることを含むことができる。方法はまた、液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置することを含むことができる。さらに、方法は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを鋭利な先端に付着させるために、液体媒体に電界を印加することを含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（政府の権益）
本発明は、米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）によって与えられた認可番号５−５−５８５９５の下で米国政府の支援によって行われた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年３月に出願された、（例えば、特許文献１参照）の利益を主張し、２００４年５月１０日に出願された、（例えば、特許文献２参照）の継続出願であり、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
（技術分野）
本明細書で述べる主題は、ナノ構造を物体に付着させる方法およびシステムならびにそれらから形成される装置に関する。より詳細には、本明細書で述べる主題は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体に付着させる方法とシステムおよびそれらから形成される装置ならびに磁気ナノワイヤを使用して磁気力顕微鏡プローブを作製する電気泳動方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）は、磁気記憶媒体などのシステムの表面磁気構造を調べるための非破壊的な実験技法である。ＭＦＭの分解能と感度は、ＭＦＭプローブの幾何形状と磁気特性に著しく依存する。ＭＦＭプローブは、通常、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）カンチレバー(cantilever)の先端を、コバルトベースの合金などの硬質の強磁性材料層でコーティングすることによって作製される。このプロセスは、プローブの先端半径を増加させる。プローブの先端半径を増加させることによって、ＭＦＭの空間分解能は、約１００ｎｍに増加する場合がある。したがって、ＭＦＭプローブの先端半径を減少させることが望ましい。
【０００５】
減少した半径を有するＭＦＭプローブを作るための技法が調べられ、開発された。これらの技法は、電子ビーム堆積か、収束イオン・ビーム・ミリング(ion beam milling)のいずれかの使用を含む。１つの技法では、プローブのシリコン・カンチレバー(silicon cantilever)の頂部において、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させ、付着させる。ＣＮＴは、ナノメートル・サイズの直径および大きなアスペクト(aspect)比を有する。ＣＮＴの使用は、ＡＦＭの空間分解能とプロービング(probing)深さを増加させる。
【０００６】
ＣＮＴを含むＭＦＭプローブを作るために、いくつかの異なる技法が開発されてきた。１つの技法では、磁気触媒粒子で覆われた単一複数壁炭素ナノチューブが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のチャンバ内部の市販のシリコン・カンチレバーの頂部に取り付けられる。別の技法では、炭素ナノファイバが、直接化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して先端無しＳｉカンチレバー上で成長した。先端成長ＣＶＤプロセスでは、カプセル封入された磁性粒子は、ナノファイバの頂上に配置され、磁気力を提供する。さらに別の技法では、磁性膜層を、シリコン・カンチレバーに取り付けるか、または、シリコン・カンチレバー上に接触反応で成長したＣＮＴの外部表面上にスパッタリングすることによって、ＭＦＭプローブが作られる。ＣＮＴ磁気プローブを使用することによって得られるイメージング結果は良好であるが、分解能およびプロービング深さが改良されたプローブを提供することが望ましい。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／６６３，１２８号
【特許文献２】米国特許出願第１０／８４２，３５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
既存の磁気顕微鏡デバイスの欠点を考慮して、これらのデバイスの性能および製造を改良する方法およびシステムならびにそれらから作られる装置を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(要旨)
本開示によれば、磁気ナノワイヤを物体に付着させる新規な方法とシステムおよびそれらから形成される装置ならびに磁気ナノワイヤを使用して磁気力顕微鏡プローブを作製する電気泳動方法が提供される。
したがって、磁気ナノワイヤを物体に付着させる新規な方法とシステムおよびそれらから形成される装置を提供し、磁気顕微鏡デバイスなどのデバイスの製造および分解能を改良するために磁気ナノワイヤを使用して、磁気力顕微鏡プローブを作製するための新規な電気泳動方法を提供することが、本開示の目的である。本開示から明らかになるこの目的および他の目的は、本明細書に記載される主題によって、少なくとも全体に、または、部分的に達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
(詳細な説明)
本明細書に記載される主題によるシステムおよび方法は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるために使用することができる。例えば、本明細書に記載される主題によるシステムおよび方法は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを、原子間力顕微鏡の鋭利な先端に付着させるために使用することができる。
【００１０】
図１は、本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤＭＮを物体Ｏの鋭利な先端ＴＰに付着させるための、全体が１００で示される例示的なシステムの略図である。この例では、物体Ｏは、原子間力顕微鏡のカンチレバーであることができる。あるいは、物体Ｏは、プロフィールメータ(profilometer)、電子顕微鏡用プローブ、電子電界放出陰極、ガス(gas)放出管、発光デバイス、マイクロ波電力増幅器、イオン銃、電子ビーム・リソグラフィ・デバイス(electron beam lithography device)、高エネルギー加速器、自由電子レーザ、およびフラット・パネル・ディスプレイの一部であることができる。システム１００は、電極Ｅ、電力源ＰＳ、および全体がＬＭで示される液体媒体を含むことができる。電極Ｅ、先端ＴＰ、および磁気ナノワイヤＭＮは、液体媒体ＬＭ内に配置することができる。電力源ＰＳは、液体媒体ＬＭ内に電界（全体がＥＦで示される）を生成するために、先端ＴＰと電極Ｅの間に電圧差を印加することができる。電界ＥＦによって、磁気ナノワイヤＭＮは、先端ＴＰの方（方向矢印Ａで示す方向）に移動し、先端ＴＰに付着することができる。特に、磁気ナノワイヤＭＮの端部は先端ＴＰに取り付けることができる。
【００１１】
図２は、本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるための例示的なプロセスを示すフローチャートである。この例では、磁気ナノワイヤは、正の誘電泳動プロセスによって付着する。図２を参照すると、ブロック２００にて、磁気ナノワイヤは、合成されるか、または、その他の方法で作られる。磁気ナノワイヤは、１５〜５０ｎｍ直径を有する陽極アルミナ・テンプレートを使用して電着することによって作製することができる。電着は、室温または任意の他の温度で行うことができる。硫酸ニッケルとホウ酸を含有する水溶液を、電解液として使用することができる。電着後に、室温か、または、別の適した温度で、リン酸の中にアルミナ・テンプレートを溶かすことによって、ナノワイヤを採取することができる。ナノワイヤは、その後、界面活性剤無しで脱イオン水内に分散され、遠心分離され、超音波浴において均質化されることができる。
磁気ナノワイヤは、以下の磁性材料、すなわち、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つを含むナノワイヤであることができる。
【００１２】
図３は、本明細書に記載する主題の実施形態による電着法によって合成されるニッケル磁気ナノワイヤのＴＥＭ画像を示す。ナノワイヤの長さは、約３００ｎｍから８００ｎｍまで変わる。ナノワイヤの直径は約２０〜４０ｎｍである。
ナノワイヤを不純物から分離するため、また、直径と長さに基づいてナノワイヤを分類するために、磁気ナノワイヤは、ろ過、遠心分離、およびクロマトグラフィを含むいくつかの技法によって、任意選択で、精製することができる。磁気ナノワイヤは、その後、化学エッチングまたはボール・ミリング(ball milling)などの機械的プロセスによるなどで、長さを短縮するためのさらなる処理を受ける可能性がある。
【００１３】
別の実施形態によれば、精製された磁気ナノワイヤは、機械的ミリング(milling)によって短縮することができる。この技法によれば、精製された磁気ナノワイヤ材料の試料は、適切なミリング媒体と共に、適した容器内部に設置される。容器は、その後、閉じられ、ボール・ミリング機の適した保持器内に設置される。試料がミリングされる時間は変わる可能性がある。適切なミリング時間量は、ミリングされたナノワイヤの検査によって容易に決定することができる。
【００１４】
再び、図２を参照すると、ブロック２０２にて、磁気ナノワイヤは、図１に示す液体媒体ＬＭなどの液体媒体内に設けられることができる。液体媒体内で未処理ナノワイヤの安定した懸濁状態の形成を可能にする液体媒体を選択することができる。一実施形態によれば、液体媒体は、以下の、すなわち、脱イオン水、メタノール、エタノール、アルコール、およびジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）のうちの少なくとも１つを含む。安定した懸濁状態の形成を促進するために、ナノワイヤを液体媒体に添加することによって、混合物は、超音波エネルギー、または、例えば、磁気攪拌器棒を使用した攪拌を受けることができる。超音波エネルギーを当てる時間量は、約２時間などの適した時間であることができる。
【００１５】
ブロック２０４にて、物体の鋭利な先端を、液体媒体内に配置することができる。例えば、物体Ｏの鋭利な先端ＴＰは、図１に示すように、液体媒体ＬＭの外側の位置から液体媒体ＬＭ内の位置まで徐々に移動することができる。一実施形態では、電極Ｅは、液体媒体ＬＭ内に配置された金属リングであることができる。さらに、電極Ｅおよび物体Ｏは、別個の併進ステージ上に取り付けられ、観察のために、光学顕微鏡の下に設置することができる。電極Ｅは、液体媒体ＬＭに接触するように併進し、図１に示す位置に移動することができる。先端ＴＰは、所定期間の間、液体媒体ＬＭ内に配置することができる。さらに、先端ＴＰは、電極Ｅと先端ＴＰの間に電気接触が確立するまで、液体媒体ＬＭの方に移動することができる。
【００１６】
ブロック２０６にて、磁気ナノ粒子を鋭利な先端に引き寄せるために、液体媒体に電界を印加することができる。所定期間の間、物体Ｏと電極Ｅの間に電界を生成するために、電力源ＰＳは、物体Ｏと電極Ｅにわたって電圧を印加するように制御されることができる。電圧が物体Ｏと電極Ｅに印加されると、物体Ｏは、電極として機能することができる。さらに、印加電圧は、物体Ｏと電極Ｅに交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）を印加するように、可変に制御することができる。一実施形態では、印加電圧は、２ＭＨｚにおいて約１〜１０Ｖであることができる。電界によって、磁気ナノ粒子は、鋭利な先端ＴＰの方に移動し、鋭利な先端ＴＰに付着することができる。物体Ｏと電極Ｅの間に印加された電界は、約０．１〜１０００Ｖ／ｃｍであることができ、０．１〜２００ｍＡ／ｃｍ２のＤＣが、１秒〜１時間の間、印加されることができる。
【００１７】
光学顕微鏡の誘導下で、電極Ｅは、電界の印加中に、液体媒体ＬＭから引き出すことができる。１つまたは複数の磁気ナノワイヤの一端が鋭利な先端ＴＰに付着することができる。付着した磁気ナノワイヤは、先端ＴＰを有する磁気先端を形成することができる。磁気先端の長さは、電界下において、物体Ｏと電極Ｅが互いから離れて移動する距離によって制御することができる。電界下における物体Ｏと電極Ｅの互いからの移動によって、ナノワイヤが、真っ直ぐになり、移動方向に整列することができる。
一実施形態では、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体と組み立てた後、保護材料を、磁気ナノワイヤおよび／または物体に塗布することができる。保護材料の一例は、ナノワイヤを損傷から保護し、組み立てられた構造の機械的安定性を増加させることができるポリマ被膜層である。
【００１８】
一実施形態によれば、「チャージャ」を、電気泳動堆積を促進するために、液体媒体に添加することができる。例示的なチャージャは、ＭｇＣｌ２、Ｙ（ＮＯ３）３、ＡｌＣｌ３、および水酸化ナトリウムを含む。任意の適した量が利用されることができる。ナノワイヤ含有材料の量を基準にして測定された、重量で、約１％未満から約５０％までの範囲の量を使用することができる。別の実施形態によれば、液体媒体は、１％未満のチャージャを含有することができる。
磁気ナノワイヤが移動する方向は、チャージャ材料の選択によって制御することができる。例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの「負の」チャージャの使用は、ナノワイヤに負電荷を与え、それによって、ナノワイヤが、正電極（陰極）の方に移動する傾向を生じる。逆に、ＭｇＣｌ２などの「正の」チャージャ材料が使用されると、正電荷が、ナノワイヤに与えられ、それによって、ナノワイヤが、負電極（陽極）の方に移動する傾向を生じる。
【００１９】
磁気ナノワイヤの付着性は、結合剤などの付着性促進材を混合することによって改善することができる。これらの材料は、以下のプロセス、すなわち、ナノワイヤと付着性促進材の粒子の同時堆積、順次堆積、付着性促進材層の事前堆積などのうちの１つによって、導入することができる。１つの例では、磁気ナノワイヤは、物体の鋭利な先端に付着するために、アニーリングすることができる。アニーリングは、１００℃〜６００℃などの適した温度で行うことができる。さらに、磁気ナノワイヤは、約１〜６０分などの適した期間の間、アニーリングすることができる。アニーリングは、約１０−６トルの圧力または別の適した負圧で行うことができる。
【００２０】
一実施形態では、ポリマ結合剤などの結合剤は、磁気ナノワイヤ材料の懸濁液に添加することができ、磁気ナノワイヤ材料の懸濁液は、その後、一様な懸濁液を得るために、攪拌されるか、または、超音波処理される。適したポリマ結合剤は、ポリ（ビニルブチラール−ビニルアルコール−ビニルアセテート共重合体）およびポリ（フッ化ビニリデン）を含む。適したチャージャは、印加されたＤＣかＡＣの電界下で、結合剤とナノ構造が、同じ電極に移動して、結合剤とナノ構造の密な混合によって皮膜が形成されるように選択される。
結合剤または付着性促進材は、任意の適した量で添加することができる。ナノ構造含有材料の量を基準にして測定された、重量で０．１〜２０％の範囲の量を提供することができる。
【００２１】
図４は、本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーＣの先端ＴＰに付着した単一磁気ナノワイヤＭＮを有する原子間力顕微鏡カンチレバーＣの略図を示す。図４を参照すると、磁気ナノワイヤＭＮの一端は、カンチレバーＣの先端ＴＰに付着する。さらに、ナノワイヤＭＮは、ほぼ真っ直ぐに、カンチレバーＣの円錐軸に整列することができる。ナノワイヤＭＮの整列方向は、付着中に印加される電界の方向と同じである。磁気ナノワイヤＭＮとカンチレバーＣの組み立て品の先端４００は、単一磁気ドメインを有することができる。
【００２２】
図５は、本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーＣの先端ＴＰに付着したいくつかの磁気ナノワイヤＭＮ１、ＭＮ２、およびＭＮ３を有する原子間力顕微鏡カンチレバーＣの略図を示す。図５を参照すると、磁気ナノワイヤＭＮ１およびＭＮ２の一端は、本明細書に記載する付着プロセスによって、カンチレバーＣの先端に、または、その近くに付着することができる。さらに、磁気ナノワイヤＭＮ３は、本明細書に記載する付着プロセスによって、磁気ナノワイヤＭＮ１およびＭＮ２に付着することができる。磁気ナノワイヤＭＮ１、ＭＮ２、およびＭＮ３は、カンチレバーＣの円錐軸に、また、互いにほぼ整列することができる。磁気ナノワイヤＭＮ１、ＭＮ２、およびＭＮ３と、カンチレバーＣとの組み立て品の先端５００は、単一磁気ドメインを有することができる。
【００２３】
図６および７は、本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気プローブのＳＥＭ画像である。プローブ先端は、長さが約２μｍで、先端の直径が約３０ｎｍである。磁気ナノワイヤの束が、プローブの先端に付着する。単一磁気ナノワイヤが、束から突き出て、小さな先端直径を提供する。コバルト磁気ナノワイヤを使用して形成されたプローブは、ニッケル磁気ナノワイヤを使用して形成されたプローブと同様な構造と形態を有する。
【００２４】
図８、９、および１０は、本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。プローブは、異なる長さと形態のナノワイヤを含む。これらのプローブは、１０−６トルの真空下でアニーリングされた。実験中、８００℃を超える温度でアニーリングされると、ＮｉおよびＣｏナノワイヤが、大きな粒子に再結晶化することがわかった。７５０℃で約１時間の間アニーリングすることによって、先端を形成する個々のナノワイヤ間の付着性を改善することができるが、Ｓｉカンチレバー上の金属皮膜の凝塊が、アニーリング後に観察された。
液体媒体内での磁気ナノワイヤの集中と分散などの条件を変えることによって、電界強度、物体の先端が液体媒体表面から引っ張られる速度、物体の先端上での磁気ナノワイヤの間隔と整列を変えることができる。
【００２５】
図１１および１２は、本明細書に記載する主題の実施形態による、磁気ナノ粒子を有する原子間力顕微鏡を使用して得られた磁気記録テープの、それぞれ、トポグラフィ(topographic)画像と磁気画像である。顕微鏡は、イメージング前に磁化された。イメージングに使用されるニッケル・ナノワイヤを有する顕微鏡プローブは、４μｍ×４μｍエリア上で約３０ｎｍの先端直径を含んだ。本明細書に記載するシステムおよび方法による磁気ナノワイヤの付着によって、改善された空間分解能を得ることができることを、画像が実証している。
【００２６】
図１３Ａ〜１３Ｃは、異なる原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフを示す。図１３Ａは、従来のＳｉ原子間力顕微鏡プローブによって提供される測定された高さ形状を示す。図１３Ｂは、本明細書に記載する主題に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む原子間力顕微鏡プローブによって提供される測定された高さ形状を示す。図１３Ｃは、本明細書に記載する主題に従って付着した炭素ナノチューブを含む原子間力顕微鏡プローブによって提供される測定された高さ形状を示す。図１３Ａ〜１３Ｃで測定される側壁角度は、それぞれ、６８°、７８°、および８４°である。実際の側壁角度は９０°である。
【００２７】
本明細書に記載する主題によるシステムおよび方法は、プロフィールメータ、電子顕微鏡用プローブ、Ｘ線発生デバイスなどのデバイス用の電子電界放出陰極、ガス放出管、発光デバイス、マイクロ波電力増幅器、イオン銃、電子ビーム・リソグラフィ・デバイス、高エネルギー加速器、自由電子レーザ、およびフラット・パネル・ディスプレイに磁気ナノワイヤを組み込むために使用することができる。例えば、本明細書に記載の方法は単一のナノワイヤまたはナノワイヤの束を鋭利な先端に選択的に付着させるために使用できる。例えば、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、および化学力顕微鏡（ＣＦＭ）を含む顕微鏡用に使用される先端であることができる。
【００２８】
さらに、本明細書に記載する主題によるシステムおよび方法は、任意の適した導電性ナノ粒子を鋭利な先端に付着させるのに使用することができる。例えば、システムおよび方法は、磁性材料を含む炭素ナノチューブなどのナノチューブを鋭利な先端に付着させるのに使用することができる。ＢｘＣｙＮｚ（Ｂ＝ボロン(boron)、Ｃ＝炭素、Ｎ＝窒素）の組成を有するナノチューブ構造あるいは組成ＭＳ２（Ｍ＝タングステン、モリブデン、または酸化バナジウム）を有する同心フラーレン構造を利用することができる。
本明細書に記載する主題の種々の詳細は、本明細書に記載する主題の範囲から逸脱することなく、変更されてもよいことが理解されるであろう。さらに、先の説明は、具体的に示すだけのためであり、制限するためではない。
主題の例示的な実施形態を、ここで、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるための、例示的なシステムの略図である。
【図２】本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図３】本明細書に記載する主題の実施形態による電着法によって合成されるニッケル磁気ナノワイヤのＴＥＭ画像である。
【図４】本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーの先端に付着した単一磁気ナノワイヤを有する原子間力顕微鏡カンチレバーの略図である。
【図５】本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーの先端に付着したいくつかの磁気ナノワイヤを有する原子間力顕微鏡カンチレバーの略図である。
【図６】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気プローブのＳＥＭ画像である。
【図７】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気プローブの別のＳＥＭ画像である。
【図８】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。
【図９】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。
【図１０】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。
【図１１】本明細書に記載する主題の実施形態による、磁気ナノ粒子を有する原子間力顕微鏡を使用して得られた磁気記録テープのトポグラフィック(topographic)画像である。
【図１２】本明細書に記載する主題の実施形態による、磁気ナノ粒子を有する原子間力顕微鏡を使用して得られた磁気記録テープの磁気画像である。
【図１３Ａ】従来のＳｉ原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフである。
【図１３Ｂ】本明細書に記載する主題に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフである。
【図１３Ｃ】本明細書に記載する主題に従って付着した炭素ナノチューブを含む原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフを示す。
【符号の説明】
【００３０】
ＭＮ、ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ３ 磁気ナノワイヤ
Ｏ 物体
ＴＰ 鋭利な先端
１００ システム
Ｅ 電極
ＰＳ 電力源
ＬＭ 液体媒体
ＰＳ 電力源
ＥＦ 電界
Ｃ 原子間力顕微鏡カンチレバー
４００、５００ 先端
【技術分野】
【０００１】
（政府の権益）
本発明は、米国航空宇宙局（ＮＡＳＡ）によって与えられた認可番号５−５−５８５９５の下で米国政府の支援によって行われた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年３月に出願された、（例えば、特許文献１参照）の利益を主張し、２００４年５月１０日に出願された、（例えば、特許文献２参照）の継続出願であり、これらの開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
（技術分野）
本明細書で述べる主題は、ナノ構造を物体に付着させる方法およびシステムならびにそれらから形成される装置に関する。より詳細には、本明細書で述べる主題は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体に付着させる方法とシステムおよびそれらから形成される装置ならびに磁気ナノワイヤを使用して磁気力顕微鏡プローブを作製する電気泳動方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）は、磁気記憶媒体などのシステムの表面磁気構造を調べるための非破壊的な実験技法である。ＭＦＭの分解能と感度は、ＭＦＭプローブの幾何形状と磁気特性に著しく依存する。ＭＦＭプローブは、通常、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）カンチレバー(cantilever)の先端を、コバルトベースの合金などの硬質の強磁性材料層でコーティングすることによって作製される。このプロセスは、プローブの先端半径を増加させる。プローブの先端半径を増加させることによって、ＭＦＭの空間分解能は、約１００ｎｍに増加する場合がある。したがって、ＭＦＭプローブの先端半径を減少させることが望ましい。
【０００５】
減少した半径を有するＭＦＭプローブを作るための技法が調べられ、開発された。これらの技法は、電子ビーム堆積か、収束イオン・ビーム・ミリング(ion beam milling)のいずれかの使用を含む。１つの技法では、プローブのシリコン・カンチレバー(silicon cantilever)の頂部において、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）を成長させ、付着させる。ＣＮＴは、ナノメートル・サイズの直径および大きなアスペクト(aspect)比を有する。ＣＮＴの使用は、ＡＦＭの空間分解能とプロービング(probing)深さを増加させる。
【０００６】
ＣＮＴを含むＭＦＭプローブを作るために、いくつかの異なる技法が開発されてきた。１つの技法では、磁気触媒粒子で覆われた単一複数壁炭素ナノチューブが、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のチャンバ内部の市販のシリコン・カンチレバーの頂部に取り付けられる。別の技法では、炭素ナノファイバが、直接化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して先端無しＳｉカンチレバー上で成長した。先端成長ＣＶＤプロセスでは、カプセル封入された磁性粒子は、ナノファイバの頂上に配置され、磁気力を提供する。さらに別の技法では、磁性膜層を、シリコン・カンチレバーに取り付けるか、または、シリコン・カンチレバー上に接触反応で成長したＣＮＴの外部表面上にスパッタリングすることによって、ＭＦＭプローブが作られる。ＣＮＴ磁気プローブを使用することによって得られるイメージング結果は良好であるが、分解能およびプロービング深さが改良されたプローブを提供することが望ましい。
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／６６３，１２８号
【特許文献２】米国特許出願第１０／８４２，３５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
既存の磁気顕微鏡デバイスの欠点を考慮して、これらのデバイスの性能および製造を改良する方法およびシステムならびにそれらから作られる装置を提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(要旨)
本開示によれば、磁気ナノワイヤを物体に付着させる新規な方法とシステムおよびそれらから形成される装置ならびに磁気ナノワイヤを使用して磁気力顕微鏡プローブを作製する電気泳動方法が提供される。
したがって、磁気ナノワイヤを物体に付着させる新規な方法とシステムおよびそれらから形成される装置を提供し、磁気顕微鏡デバイスなどのデバイスの製造および分解能を改良するために磁気ナノワイヤを使用して、磁気力顕微鏡プローブを作製するための新規な電気泳動方法を提供することが、本開示の目的である。本開示から明らかになるこの目的および他の目的は、本明細書に記載される主題によって、少なくとも全体に、または、部分的に達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
(詳細な説明)
本明細書に記載される主題によるシステムおよび方法は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるために使用することができる。例えば、本明細書に記載される主題によるシステムおよび方法は、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを、原子間力顕微鏡の鋭利な先端に付着させるために使用することができる。
【００１０】
図１は、本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤＭＮを物体Ｏの鋭利な先端ＴＰに付着させるための、全体が１００で示される例示的なシステムの略図である。この例では、物体Ｏは、原子間力顕微鏡のカンチレバーであることができる。あるいは、物体Ｏは、プロフィールメータ(profilometer)、電子顕微鏡用プローブ、電子電界放出陰極、ガス(gas)放出管、発光デバイス、マイクロ波電力増幅器、イオン銃、電子ビーム・リソグラフィ・デバイス(electron beam lithography device)、高エネルギー加速器、自由電子レーザ、およびフラット・パネル・ディスプレイの一部であることができる。システム１００は、電極Ｅ、電力源ＰＳ、および全体がＬＭで示される液体媒体を含むことができる。電極Ｅ、先端ＴＰ、および磁気ナノワイヤＭＮは、液体媒体ＬＭ内に配置することができる。電力源ＰＳは、液体媒体ＬＭ内に電界（全体がＥＦで示される）を生成するために、先端ＴＰと電極Ｅの間に電圧差を印加することができる。電界ＥＦによって、磁気ナノワイヤＭＮは、先端ＴＰの方（方向矢印Ａで示す方向）に移動し、先端ＴＰに付着することができる。特に、磁気ナノワイヤＭＮの端部は先端ＴＰに取り付けることができる。
【００１１】
図２は、本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるための例示的なプロセスを示すフローチャートである。この例では、磁気ナノワイヤは、正の誘電泳動プロセスによって付着する。図２を参照すると、ブロック２００にて、磁気ナノワイヤは、合成されるか、または、その他の方法で作られる。磁気ナノワイヤは、１５〜５０ｎｍ直径を有する陽極アルミナ・テンプレートを使用して電着することによって作製することができる。電着は、室温または任意の他の温度で行うことができる。硫酸ニッケルとホウ酸を含有する水溶液を、電解液として使用することができる。電着後に、室温か、または、別の適した温度で、リン酸の中にアルミナ・テンプレートを溶かすことによって、ナノワイヤを採取することができる。ナノワイヤは、その後、界面活性剤無しで脱イオン水内に分散され、遠心分離され、超音波浴において均質化されることができる。
磁気ナノワイヤは、以下の磁性材料、すなわち、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、および鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも１つを含むナノワイヤであることができる。
【００１２】
図３は、本明細書に記載する主題の実施形態による電着法によって合成されるニッケル磁気ナノワイヤのＴＥＭ画像を示す。ナノワイヤの長さは、約３００ｎｍから８００ｎｍまで変わる。ナノワイヤの直径は約２０〜４０ｎｍである。
ナノワイヤを不純物から分離するため、また、直径と長さに基づいてナノワイヤを分類するために、磁気ナノワイヤは、ろ過、遠心分離、およびクロマトグラフィを含むいくつかの技法によって、任意選択で、精製することができる。磁気ナノワイヤは、その後、化学エッチングまたはボール・ミリング(ball milling)などの機械的プロセスによるなどで、長さを短縮するためのさらなる処理を受ける可能性がある。
【００１３】
別の実施形態によれば、精製された磁気ナノワイヤは、機械的ミリング(milling)によって短縮することができる。この技法によれば、精製された磁気ナノワイヤ材料の試料は、適切なミリング媒体と共に、適した容器内部に設置される。容器は、その後、閉じられ、ボール・ミリング機の適した保持器内に設置される。試料がミリングされる時間は変わる可能性がある。適切なミリング時間量は、ミリングされたナノワイヤの検査によって容易に決定することができる。
【００１４】
再び、図２を参照すると、ブロック２０２にて、磁気ナノワイヤは、図１に示す液体媒体ＬＭなどの液体媒体内に設けられることができる。液体媒体内で未処理ナノワイヤの安定した懸濁状態の形成を可能にする液体媒体を選択することができる。一実施形態によれば、液体媒体は、以下の、すなわち、脱イオン水、メタノール、エタノール、アルコール、およびジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）のうちの少なくとも１つを含む。安定した懸濁状態の形成を促進するために、ナノワイヤを液体媒体に添加することによって、混合物は、超音波エネルギー、または、例えば、磁気攪拌器棒を使用した攪拌を受けることができる。超音波エネルギーを当てる時間量は、約２時間などの適した時間であることができる。
【００１５】
ブロック２０４にて、物体の鋭利な先端を、液体媒体内に配置することができる。例えば、物体Ｏの鋭利な先端ＴＰは、図１に示すように、液体媒体ＬＭの外側の位置から液体媒体ＬＭ内の位置まで徐々に移動することができる。一実施形態では、電極Ｅは、液体媒体ＬＭ内に配置された金属リングであることができる。さらに、電極Ｅおよび物体Ｏは、別個の併進ステージ上に取り付けられ、観察のために、光学顕微鏡の下に設置することができる。電極Ｅは、液体媒体ＬＭに接触するように併進し、図１に示す位置に移動することができる。先端ＴＰは、所定期間の間、液体媒体ＬＭ内に配置することができる。さらに、先端ＴＰは、電極Ｅと先端ＴＰの間に電気接触が確立するまで、液体媒体ＬＭの方に移動することができる。
【００１６】
ブロック２０６にて、磁気ナノ粒子を鋭利な先端に引き寄せるために、液体媒体に電界を印加することができる。所定期間の間、物体Ｏと電極Ｅの間に電界を生成するために、電力源ＰＳは、物体Ｏと電極Ｅにわたって電圧を印加するように制御されることができる。電圧が物体Ｏと電極Ｅに印加されると、物体Ｏは、電極として機能することができる。さらに、印加電圧は、物体Ｏと電極Ｅに交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）を印加するように、可変に制御することができる。一実施形態では、印加電圧は、２ＭＨｚにおいて約１〜１０Ｖであることができる。電界によって、磁気ナノ粒子は、鋭利な先端ＴＰの方に移動し、鋭利な先端ＴＰに付着することができる。物体Ｏと電極Ｅの間に印加された電界は、約０．１〜１０００Ｖ／ｃｍであることができ、０．１〜２００ｍＡ／ｃｍ２のＤＣが、１秒〜１時間の間、印加されることができる。
【００１７】
光学顕微鏡の誘導下で、電極Ｅは、電界の印加中に、液体媒体ＬＭから引き出すことができる。１つまたは複数の磁気ナノワイヤの一端が鋭利な先端ＴＰに付着することができる。付着した磁気ナノワイヤは、先端ＴＰを有する磁気先端を形成することができる。磁気先端の長さは、電界下において、物体Ｏと電極Ｅが互いから離れて移動する距離によって制御することができる。電界下における物体Ｏと電極Ｅの互いからの移動によって、ナノワイヤが、真っ直ぐになり、移動方向に整列することができる。
一実施形態では、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体と組み立てた後、保護材料を、磁気ナノワイヤおよび／または物体に塗布することができる。保護材料の一例は、ナノワイヤを損傷から保護し、組み立てられた構造の機械的安定性を増加させることができるポリマ被膜層である。
【００１８】
一実施形態によれば、「チャージャ」を、電気泳動堆積を促進するために、液体媒体に添加することができる。例示的なチャージャは、ＭｇＣｌ２、Ｙ（ＮＯ３）３、ＡｌＣｌ３、および水酸化ナトリウムを含む。任意の適した量が利用されることができる。ナノワイヤ含有材料の量を基準にして測定された、重量で、約１％未満から約５０％までの範囲の量を使用することができる。別の実施形態によれば、液体媒体は、１％未満のチャージャを含有することができる。
磁気ナノワイヤが移動する方向は、チャージャ材料の選択によって制御することができる。例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの「負の」チャージャの使用は、ナノワイヤに負電荷を与え、それによって、ナノワイヤが、正電極（陰極）の方に移動する傾向を生じる。逆に、ＭｇＣｌ２などの「正の」チャージャ材料が使用されると、正電荷が、ナノワイヤに与えられ、それによって、ナノワイヤが、負電極（陽極）の方に移動する傾向を生じる。
【００１９】
磁気ナノワイヤの付着性は、結合剤などの付着性促進材を混合することによって改善することができる。これらの材料は、以下のプロセス、すなわち、ナノワイヤと付着性促進材の粒子の同時堆積、順次堆積、付着性促進材層の事前堆積などのうちの１つによって、導入することができる。１つの例では、磁気ナノワイヤは、物体の鋭利な先端に付着するために、アニーリングすることができる。アニーリングは、１００℃〜６００℃などの適した温度で行うことができる。さらに、磁気ナノワイヤは、約１〜６０分などの適した期間の間、アニーリングすることができる。アニーリングは、約１０−６トルの圧力または別の適した負圧で行うことができる。
【００２０】
一実施形態では、ポリマ結合剤などの結合剤は、磁気ナノワイヤ材料の懸濁液に添加することができ、磁気ナノワイヤ材料の懸濁液は、その後、一様な懸濁液を得るために、攪拌されるか、または、超音波処理される。適したポリマ結合剤は、ポリ（ビニルブチラール−ビニルアルコール−ビニルアセテート共重合体）およびポリ（フッ化ビニリデン）を含む。適したチャージャは、印加されたＤＣかＡＣの電界下で、結合剤とナノ構造が、同じ電極に移動して、結合剤とナノ構造の密な混合によって皮膜が形成されるように選択される。
結合剤または付着性促進材は、任意の適した量で添加することができる。ナノ構造含有材料の量を基準にして測定された、重量で０．１〜２０％の範囲の量を提供することができる。
【００２１】
図４は、本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーＣの先端ＴＰに付着した単一磁気ナノワイヤＭＮを有する原子間力顕微鏡カンチレバーＣの略図を示す。図４を参照すると、磁気ナノワイヤＭＮの一端は、カンチレバーＣの先端ＴＰに付着する。さらに、ナノワイヤＭＮは、ほぼ真っ直ぐに、カンチレバーＣの円錐軸に整列することができる。ナノワイヤＭＮの整列方向は、付着中に印加される電界の方向と同じである。磁気ナノワイヤＭＮとカンチレバーＣの組み立て品の先端４００は、単一磁気ドメインを有することができる。
【００２２】
図５は、本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーＣの先端ＴＰに付着したいくつかの磁気ナノワイヤＭＮ１、ＭＮ２、およびＭＮ３を有する原子間力顕微鏡カンチレバーＣの略図を示す。図５を参照すると、磁気ナノワイヤＭＮ１およびＭＮ２の一端は、本明細書に記載する付着プロセスによって、カンチレバーＣの先端に、または、その近くに付着することができる。さらに、磁気ナノワイヤＭＮ３は、本明細書に記載する付着プロセスによって、磁気ナノワイヤＭＮ１およびＭＮ２に付着することができる。磁気ナノワイヤＭＮ１、ＭＮ２、およびＭＮ３は、カンチレバーＣの円錐軸に、また、互いにほぼ整列することができる。磁気ナノワイヤＭＮ１、ＭＮ２、およびＭＮ３と、カンチレバーＣとの組み立て品の先端５００は、単一磁気ドメインを有することができる。
【００２３】
図６および７は、本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気プローブのＳＥＭ画像である。プローブ先端は、長さが約２μｍで、先端の直径が約３０ｎｍである。磁気ナノワイヤの束が、プローブの先端に付着する。単一磁気ナノワイヤが、束から突き出て、小さな先端直径を提供する。コバルト磁気ナノワイヤを使用して形成されたプローブは、ニッケル磁気ナノワイヤを使用して形成されたプローブと同様な構造と形態を有する。
【００２４】
図８、９、および１０は、本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。プローブは、異なる長さと形態のナノワイヤを含む。これらのプローブは、１０−６トルの真空下でアニーリングされた。実験中、８００℃を超える温度でアニーリングされると、ＮｉおよびＣｏナノワイヤが、大きな粒子に再結晶化することがわかった。７５０℃で約１時間の間アニーリングすることによって、先端を形成する個々のナノワイヤ間の付着性を改善することができるが、Ｓｉカンチレバー上の金属皮膜の凝塊が、アニーリング後に観察された。
液体媒体内での磁気ナノワイヤの集中と分散などの条件を変えることによって、電界強度、物体の先端が液体媒体表面から引っ張られる速度、物体の先端上での磁気ナノワイヤの間隔と整列を変えることができる。
【００２５】
図１１および１２は、本明細書に記載する主題の実施形態による、磁気ナノ粒子を有する原子間力顕微鏡を使用して得られた磁気記録テープの、それぞれ、トポグラフィ(topographic)画像と磁気画像である。顕微鏡は、イメージング前に磁化された。イメージングに使用されるニッケル・ナノワイヤを有する顕微鏡プローブは、４μｍ×４μｍエリア上で約３０ｎｍの先端直径を含んだ。本明細書に記載するシステムおよび方法による磁気ナノワイヤの付着によって、改善された空間分解能を得ることができることを、画像が実証している。
【００２６】
図１３Ａ〜１３Ｃは、異なる原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフを示す。図１３Ａは、従来のＳｉ原子間力顕微鏡プローブによって提供される測定された高さ形状を示す。図１３Ｂは、本明細書に記載する主題に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む原子間力顕微鏡プローブによって提供される測定された高さ形状を示す。図１３Ｃは、本明細書に記載する主題に従って付着した炭素ナノチューブを含む原子間力顕微鏡プローブによって提供される測定された高さ形状を示す。図１３Ａ〜１３Ｃで測定される側壁角度は、それぞれ、６８°、７８°、および８４°である。実際の側壁角度は９０°である。
【００２７】
本明細書に記載する主題によるシステムおよび方法は、プロフィールメータ、電子顕微鏡用プローブ、Ｘ線発生デバイスなどのデバイス用の電子電界放出陰極、ガス放出管、発光デバイス、マイクロ波電力増幅器、イオン銃、電子ビーム・リソグラフィ・デバイス、高エネルギー加速器、自由電子レーザ、およびフラット・パネル・ディスプレイに磁気ナノワイヤを組み込むために使用することができる。例えば、本明細書に記載の方法は単一のナノワイヤまたはナノワイヤの束を鋭利な先端に選択的に付着させるために使用できる。例えば、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、および化学力顕微鏡（ＣＦＭ）を含む顕微鏡用に使用される先端であることができる。
【００２８】
さらに、本明細書に記載する主題によるシステムおよび方法は、任意の適した導電性ナノ粒子を鋭利な先端に付着させるのに使用することができる。例えば、システムおよび方法は、磁性材料を含む炭素ナノチューブなどのナノチューブを鋭利な先端に付着させるのに使用することができる。ＢｘＣｙＮｚ（Ｂ＝ボロン(boron)、Ｃ＝炭素、Ｎ＝窒素）の組成を有するナノチューブ構造あるいは組成ＭＳ２（Ｍ＝タングステン、モリブデン、または酸化バナジウム）を有する同心フラーレン構造を利用することができる。
本明細書に記載する主題の種々の詳細は、本明細書に記載する主題の範囲から逸脱することなく、変更されてもよいことが理解されるであろう。さらに、先の説明は、具体的に示すだけのためであり、制限するためではない。
主題の例示的な実施形態を、ここで、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるための、例示的なシステムの略図である。
【図２】本明細書に記載される主題の実施形態による、１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図３】本明細書に記載する主題の実施形態による電着法によって合成されるニッケル磁気ナノワイヤのＴＥＭ画像である。
【図４】本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーの先端に付着した単一磁気ナノワイヤを有する原子間力顕微鏡カンチレバーの略図である。
【図５】本明細書に記載する主題の実施形態による、カンチレバーの先端に付着したいくつかの磁気ナノワイヤを有する原子間力顕微鏡カンチレバーの略図である。
【図６】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気プローブのＳＥＭ画像である。
【図７】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを有する例示的な磁気プローブの別のＳＥＭ画像である。
【図８】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。
【図９】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。
【図１０】本明細書に記載する主題の実施形態に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む例示的な磁気力顕微鏡プローブのＳＥＭ画像である。
【図１１】本明細書に記載する主題の実施形態による、磁気ナノ粒子を有する原子間力顕微鏡を使用して得られた磁気記録テープのトポグラフィック(topographic)画像である。
【図１２】本明細書に記載する主題の実施形態による、磁気ナノ粒子を有する原子間力顕微鏡を使用して得られた磁気記録テープの磁気画像である。
【図１３Ａ】従来のＳｉ原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフである。
【図１３Ｂ】本明細書に記載する主題に従って付着したニッケル磁気ナノワイヤを含む原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフである。
【図１３Ｃ】本明細書に記載する主題に従って付着した炭素ナノチューブを含む原子間力顕微鏡プローブを使用して測定された較正試料の高さ形状を示すグラフを示す。
【符号の説明】
【００３０】
ＭＮ、ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ３ 磁気ナノワイヤ
Ｏ 物体
ＴＰ 鋭利な先端
１００ システム
Ｅ 電極
ＰＳ 電力源
ＬＭ 液体媒体
ＰＳ 電力源
ＥＦ 電界
Ｃ 原子間力顕微鏡カンチレバー
４００、５００ 先端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ナノワイヤ(nano-wire)を物体の鋭利な先端に付着させる電気泳動方法であって、
（ａ）液体媒体内に磁気ナノワイヤを設けること、
（ｂ）液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置すること、および、
（ｃ）前記磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端に付着させるために、前記液体媒体に電界を印加することを含む方法。
【請求項２】
前記磁気ナノワイヤは、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選択される磁性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁気ナノワイヤは遷移金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記液体媒体は、水およびアルコールからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記磁気ナノワイヤを設けることは、前記磁気ナノワイヤを所定の直径と長さで作ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鋭利な先端は、原子間力顕微鏡プローブである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置することは、所定期間の間、前記液体媒体内に前記物体の前記鋭利な先端を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置することは、電極と前記先端の間に電気接触が生じるまで、前記物体の前記鋭利な先端を前記液体媒体の方に移動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記液体媒体に電界を印加することは、前記液体媒体内に電極を配置すること、および、前記物体と前記電極の間に電圧を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋭利な先端と前記電極の間に電圧を印加することは、約１〜２０ボルトのＡＣ電圧を印加することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋭利な先端と前記電極の間に電圧を印加することは、前記物体と前記電極に交流を印加するために前記電圧を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体媒体にチャージャ(charger)を添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体媒体に接着材料を添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電界の印加中に、前記液体媒体から前記鋭利な先端を取り去ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
液体媒体内に磁気ナノワイヤを設けることは、前記液体媒体内に複数の磁気ナノワイヤを設けることを含み、前記液体媒体に電界を印加することは、前記鋭利な先端に前記複数の磁気ナノワイヤを付着させるために、前記液体媒体に電界を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１の方法に従って、鋭利な先端であって、鋭利な先端に付着した磁気ナノワイヤを備える、鋭利な先端を備える装置。
【請求項１７】
磁気力顕微鏡プローブを作製する電気泳動方法であって、
（ａ）液体媒体内で１つまたは複数の予備成形された磁気ナノワイヤを分散すること、
（ｂ）前記液体媒体に接触するように、鋭利な先端を配置すること、
（ｃ）前記鋭利な先端と、前記液体媒体と接触する対向電極との間で電界を確立することを含み、前記電界は、前記電界の方向に前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤを整列させ、前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端の方に引き寄せ、
（ｄ）前記鋭利な先端と前記液体媒体を分離することを含む方法。
【請求項１８】
１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるシステムであって、
（ａ）１つまたは複数の磁気ナノワイヤおよび物体の鋭利な先端を含む液体媒体と、
（ｂ）液体媒体内に配置された電極と、
（ｃ）前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端に付着されるために、前記物体の前記鋭利な先端と前記電極の間の前記液体媒体内で電界を印加するように動作する電力源とを備えるシステム。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤは、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選択される磁性材料を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記液体媒体は、水およびアルコールからなる群から選択される材料を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記液体媒体はチャージャを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記液体媒体は接着材料を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電力源は、前記物体と前記電極の間に、ある電圧を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記印加される電圧は約１〜２０ボルトである、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記電力源は、前記物体と前記電極の間に交流を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電力源は、前記物体と前記電極の間に直流を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２７】
前記液体媒体は複数の磁気ナノワイヤを含み、前記電力源は、前記複数の磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端に付着されるために、前記物体の前記鋭利な先端と前記電極の間の前記液体媒体内で電界を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２８】
原子間力顕微鏡装置であって、
（ａ）鋭利な先端を含む物体と、
（ｂ）前記鋭利な先端に付着した端部を含む少なくとも１つの磁気ナノワイヤとを備える原子間力顕微鏡装置。
【請求項２９】
前記磁気ナノワイヤは、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選択される磁性材料を含む、請求項２８に記載の原子間力顕微鏡装置。
【請求項３０】
前記磁気ナノワイヤの端部は、接着材料によって、前記先端に付着する、請求項２９に記載の原子間力顕微鏡装置。
【請求項１】
磁気ナノワイヤ(nano-wire)を物体の鋭利な先端に付着させる電気泳動方法であって、
（ａ）液体媒体内に磁気ナノワイヤを設けること、
（ｂ）液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置すること、および、
（ｃ）前記磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端に付着させるために、前記液体媒体に電界を印加することを含む方法。
【請求項２】
前記磁気ナノワイヤは、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選択される磁性材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁気ナノワイヤは遷移金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記液体媒体は、水およびアルコールからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記磁気ナノワイヤを設けることは、前記磁気ナノワイヤを所定の直径と長さで作ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鋭利な先端は、原子間力顕微鏡プローブである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置することは、所定期間の間、前記液体媒体内に前記物体の前記鋭利な先端を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記液体媒体内に物体の鋭利な先端を配置することは、電極と前記先端の間に電気接触が生じるまで、前記物体の前記鋭利な先端を前記液体媒体の方に移動することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記液体媒体に電界を印加することは、前記液体媒体内に電極を配置すること、および、前記物体と前記電極の間に電圧を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋭利な先端と前記電極の間に電圧を印加することは、約１〜２０ボルトのＡＣ電圧を印加することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋭利な先端と前記電極の間に電圧を印加することは、前記物体と前記電極に交流を印加するために前記電圧を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体媒体にチャージャ(charger)を添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体媒体に接着材料を添加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電界の印加中に、前記液体媒体から前記鋭利な先端を取り去ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
液体媒体内に磁気ナノワイヤを設けることは、前記液体媒体内に複数の磁気ナノワイヤを設けることを含み、前記液体媒体に電界を印加することは、前記鋭利な先端に前記複数の磁気ナノワイヤを付着させるために、前記液体媒体に電界を印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１の方法に従って、鋭利な先端であって、鋭利な先端に付着した磁気ナノワイヤを備える、鋭利な先端を備える装置。
【請求項１７】
磁気力顕微鏡プローブを作製する電気泳動方法であって、
（ａ）液体媒体内で１つまたは複数の予備成形された磁気ナノワイヤを分散すること、
（ｂ）前記液体媒体に接触するように、鋭利な先端を配置すること、
（ｃ）前記鋭利な先端と、前記液体媒体と接触する対向電極との間で電界を確立することを含み、前記電界は、前記電界の方向に前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤを整列させ、前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端の方に引き寄せ、
（ｄ）前記鋭利な先端と前記液体媒体を分離することを含む方法。
【請求項１８】
１つまたは複数の磁気ナノワイヤを物体の鋭利な先端に付着させるシステムであって、
（ａ）１つまたは複数の磁気ナノワイヤおよび物体の鋭利な先端を含む液体媒体と、
（ｂ）液体媒体内に配置された電極と、
（ｃ）前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端に付着されるために、前記物体の前記鋭利な先端と前記電極の間の前記液体媒体内で電界を印加するように動作する電力源とを備えるシステム。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の磁気ナノワイヤは、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選択される磁性材料を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記液体媒体は、水およびアルコールからなる群から選択される材料を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記液体媒体はチャージャを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記液体媒体は接着材料を含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電力源は、前記物体と前記電極の間に、ある電圧を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記印加される電圧は約１〜２０ボルトである、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記電力源は、前記物体と前記電極の間に交流を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電力源は、前記物体と前記電極の間に直流を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２７】
前記液体媒体は複数の磁気ナノワイヤを含み、前記電力源は、前記複数の磁気ナノワイヤを前記鋭利な先端に付着されるために、前記物体の前記鋭利な先端と前記電極の間の前記液体媒体内で電界を印加するように動作する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２８】
原子間力顕微鏡装置であって、
（ａ）鋭利な先端を含む物体と、
（ｂ）前記鋭利な先端に付着した端部を含む少なくとも１つの磁気ナノワイヤとを備える原子間力顕微鏡装置。
【請求項２９】
前記磁気ナノワイヤは、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選択される磁性材料を含む、請求項２８に記載の原子間力顕微鏡装置。
【請求項３０】
前記磁気ナノワイヤの端部は、接着材料によって、前記先端に付着する、請求項２９に記載の原子間力顕微鏡装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２９２７３９（Ｐ２００６−２９２７３９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−７４５５９（Ｐ２００６−７４５５９）
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（５０１３４５３２３）ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒル (52)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＮＯＲＴＨ ＣＡＲＯＬＩＮＡ ＡＴ ＣＨＡＰＥＬ ＨＩＬＬ
【住所又は居所原語表記】３０８ Ｂｙｎｕｍ Ｈａｌｌ，Ｃａｍｐｕｓ Ｂｏｘ ４１０５，Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ ２７５９９−４１０５， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７４５５９（Ｐ２００６−７４５５９）
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（５０１３４５３２３）ザ ユニバーシティ オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒル (52)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＮＯＲＴＨ ＣＡＲＯＬＩＮＡ ＡＴ ＣＨＡＰＥＬ ＨＩＬＬ
【住所又は居所原語表記】３０８ Ｂｙｎｕｍ Ｈａｌｌ，Ｃａｍｐｕｓ Ｂｏｘ ４１０５，Ｃｈａｐｅｌ Ｈｉｌｌ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ ２７５９９−４１０５， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
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