磁性薄膜与纳米结构的磁畴结构直接决定其磁存储、磁传感与自旋电子学性能。原子力显微镜（AFM）可提供纳米尺度的表面形貌，而磁力显微镜（MFM，AFM 的磁学模式）通过检测探针与样品间的磁相互作用力梯度，可同时成像表面形貌与磁畴结构，是研究磁性材料微磁性能的重要手段。
本项目的科学问题是：磁性薄膜样品的表面形貌如何？表面是否存在磁畴结构、磁畴的尺寸与磁化方向分布如何？磁畴壁位于何处、磁相移信号呈现怎样的特征？利用 AFM 形貌与磁相移双通道扫描，可以对样品的磁性能进行纳米尺度表征。
AFM 通过悬臂探针针尖与样品表面的原子间力检测形貌，常用轻敲（tapping）模式：探针在表面上方以共振频率振荡，反馈系统保持振幅恒定，记录探针高度变化即为表面形貌。垂直分辨率可达亚纳米级，适合表征薄膜的表面粗糙度与颗粒/晶粒形貌。
MFM 采用”抬升扫描”（lift mode）：先扫描一行形貌，然后探针抬升一定高度（如 50–100 nm）沿同一轨迹再扫一遍，此时范德华力已衰减，主要检测长程磁力。磁力引起探针共振频率与相位变化，相位信号 Δφ 与磁力梯度成正比，从而反映样品表面磁场的空间分布——磁畴内相位均匀，磁畴壁处相位急剧变化。
磁性薄膜中磁畴是自发磁化方向一致的区域，磁畴壁是相邻畴之间的过渡区。面外各向异性薄膜的磁畴在形貌上可能对应轻微的高度差（磁致伸缩或表面台阶），磁相移图则可直接分辨磁化方向（明暗对比）。磁畴尺寸与薄膜厚度、交换常数与各向异性有关。
图 20 的左面板（a）给出磁性薄膜的 AFM 形貌图。表面呈现较平整的基底背景与若干条带状的轻微隆起结构（图中以暖色标示），高度差约 3–5 nm，这些条带与磁性薄膜的磁畴分布相关联——面外磁化畴区因磁致伸缩或表面台阶呈现亚纳米至数纳米的高度起伏。除磁畴相关结构外，表面无明显颗粒或污染，粗糙度 Ra 约 0.8 nm，说明薄膜生长均匀。图中白色虚线标注的扫描线（y=200 行）用于提取形貌与磁相移剖面。
图 20 的右面板（b）给出沿该扫描线的形貌高度（橙色）与磁相移信号（紫色）剖面。形貌剖面在约 80–150 nm、170–260 nm、270–360 nm、370–460 nm 区间呈现小幅起伏，对应表面磁畴的形貌印记；磁相移信号在这些区间内分别保持近似恒定的正值或负值（约 ±12°），并在区间边界处发生急剧的相位反转，清晰标定出磁畴壁的位置。磁相移的明暗交替对应磁化方向的上下翻转，畴宽约 90–100 nm，相位对比度约 24°，表明薄膜具有清晰的面外磁畴结构与良好的磁各向异性。形貌与磁相移剖面的结合，将磁畴结构与表面形貌一一对应，实现了磁性薄膜磁性能的纳米尺度表征。
两面板结合，左面板给出了磁畴相关的表面形貌全貌，右面板以剖面形式量化了磁畴尺寸、磁相移对比度与畴壁位置，共同完成 AFM 磁性能测试，为磁性薄膜的微磁结构与工艺优化提供了直接证据。
本项目用 AFM 轻敲模式与 MFM 抬升模式对磁性薄膜进行了形貌与磁性能表征，表面粗糙度约 0.8 nm，磁畴宽约 90–100 nm、磁相移对比度约 24°。案例图以形貌图与形貌/磁相移剖面双面板呈现。
后续可拓展：(1) 施加外磁场原位观察磁畴翻转过程，研究磁化反转机制；(2) 结合磁滞回线测量，将 MFM 磁畴信息与宏观磁性关联；(3) 对不同厚度与退火工艺的薄膜进行磁畴尺寸统计，优化磁性能。
