میکروسکوپ الکترونی عبوری از جمله میکروسکوپ‌های الکترونی است که در آن از پرتو الکترونی متمرکز شده برای به دست آوردن تصاویر استفاده می‌شود. در این میکروسکوپ، یک پرتو الکترونی مثل نور از درون نمونه عبور کرده و متأثر از ساختار درونی نمونه می‌شود. در واقع؛ هنگامی که الکترون‌ها در میکروسکوپ الکترونی عبوری از درون نمونه عبور می‌کنند، انرژی خود را از دست می‌دهند و از طرف دیگر نمونه خارج می‌شوند. الکترون‌های خروجی دارای توزیع خاصی از انرژی هستند که مختص عنصر یا عناصر تشکیل دهنده‌ی نمونه است.

پرتو الکترونی عبور کرده از نمونه، ‌روی یک صفحه‌ی فسفری متمرکز و سپس نمایش داده شده و یا برای پردازش کامپیوتری به یک کامپیوتر فرستاده می‌شود. نمونه‌ای از تصاویر (TEM( Transmission Electron Microscopy حاصل از نانوسیم‌ها در شکل (1-1) نشان داده شده است.

شکل (1-1). نمونه‌ای از تصاویر TEM نوعی نانوسیم

اجزای اصلی یک دستگاه TEM، عبارتند از:

تفنگ الکترونی، عدسی جمع کننده، هم‌ردیف کننده‌ی پرتوهای الکترونی، نگهدارنده نمونه، عدسی شیئی، عدسی تصویری، سیستم‌های حذف کننده آلودگی، صفحه فلورسنت و دوربین عکاسی. کل سیستم در یک خلأ حداقل torr ^4-10قرار دارد تا مسیرآزاد طولانی برای الکترون‌ها موجود باشد (شکل 1-2).

شکل (1-2). نمونه‌ای از دستگاه TEM

1-2. آماده سازی نمونه

در روش بررسی ساختار با میکروسکوپ الکترونی عبوری، مناسب‌ترین نوع نمونه،‌ نمونه‌ای خیلی نازک است که الکترون قادر به عبور از آن باشد. در این راستا قدرت عبور الکترون از نمونه به ولتاژ شتاب دهنده‌ی پرتوهای الکترونی و نیز چگالی و عدد اتمی نمونه نیز بستگی دارد.

به طور کلی آماده‌سازی نمونه‌های TEM مشتمل بر دو مرحله آماده سازی اولیه و نازک نمودن نهایی می‌باشد. برای نازک نمودن نمونه‌های TEM از روش‌های مختلفی همچون بمباران یونی نمونه و یا غوطه‌ور سازی در یک محلول خورنده استفاده می‌شود. پس از عملیات آماده‌سازی، معمولاً نمونه‌ها روی یک توری فلزی کوچک با قطر mm 3 نگهداری شده و درون میکروسکوپ قرار داده می‌شود. 

2. میکروسکوپ الکترونی روبشی  (SEM)

2-1. مقدمه

این میکروسکوپ، یکی از روش‌های تولید تصاویر به وسیله‌ی روبش یک پرتو الکترونی روی سطح نمونه است. توسط این روش تصاویر سه بعدی از ساختار نمونه به دست می‌آید. در شکل (2-1) نمونه‌ای از دستگاه SEM را مشاهده می‌نمایید.

شکل (1-2). نمونه‌ای از دستگاه SEM

در SEM نمونه با پرتو الکترونی باریکی به قطر 100 آنگستروم بمباران می‌شود. در اثر برخورد پرتوهای الکترونی به نمونه، الکترون‌های ماده برانگیخته می‌شوند و در هنگام بازگشت به مدار اصلی خود به شکل پرتو الکترونی از سطح نمونه منتشر شده و توسط یک آشکارساز جمع‌آوری و آنالیز می‌شوند. این پرتوهای برگشتی از نمونه،‌ برای مشخصه‌یابی خواص مختلفی از ماده از قبیل: ‌ترکیب شیمیایی، پستی و بلندی سطح، کریستالوگرافی، خواص الکتریکی و مغناطیسی و... به کار می‌روند.

ستون حرکت الکترون‌ها و نیز محفظه نگهدارنده‌ی نمونه در SEM همیشه باید در خلأ باشد زیرا اگر نمونه در محیط پر از گاز قرار گیرد، به دلیل ناپایداری بالای پرتو، امکان تولید یا القای پرتو الکترونی وجود ندارد. آتش‌گیری گازها و امکان یونیزه شدن الکترون‌ها در محیط گاز، تخلیه بار را احتمالی کرده، منجر به ناپایداری پرتوها می‌شود.

درخشندگی و وضوح هر نقطه از تصویر SEM، بستگی به شدت (تعداد) الکترون‌های بازگشتی از سطح نمونه دارد، که آن نیز شدیداً وابسته به کیفیت موضعی سطح است. و بدین ترتیب، می‌توان معیاری از پستی و بلندی سطح به دست آورد. در تصاویر به دست آمده، نقاط روشن نشان دهنده‌ی سطح برجسته و نقاط تیره‌تر تصویر، نشان دهنده‌ی سوراخ‌ها و فرورفتگی‌های سطحی است.

2-2. آماده سازی نمونه

برای تصویربرداری از سطح نمونه‌ها به روش SEM، بهتر است که سطح نمونه رسانا باشد؛ زیرا اگر نمونه عایق باشد، سطح باردار شده و مسیر حرکت الکترون‌های برگشتی را تغییر خواهد داد و بنابراین، تصویر واضحی از سطح نمونه به دست نخواهد آمد.

برای سطوح نارسانا مثل سطوح غیرفلزی، یک لایه‌ی نازک طلا یا گرافیت روی سطح رسوب داده شده و بدین طریق، سطح رسانا می‌شود. همچنین نمونه‌های ریز (نظیر پودرها) باید روی یک فیلم هادی نظیر آلومینیوم، پخش شده و کاملاً خشک شوند. علاوه بر این، نمونه‌ها بایستی عاری از مایعاتی با فشار بخار بالا نظیر آب، محلول‌های پاک کننده آلی و فیلم‌های روغنی باقی‌مانده باشند.

3. مقایسه بین TEM  و SEM

مقایسه بین روش‌های TEM و SEM نشان می‌دهد که تمرکز پرتو الکترونی در SEM بیشتر از TEM است. بنابراین، امکان دست‌یابی به تصاویر سه بعدی سطوح با کیفیت بالا در SEM میسر است. ولی TEM عمدتاً کنتراست یا تباین خوبی از نمونه‌های نازک ارائه می‌دهد. نکته قابل توجه دیگر، دقت حاصله در این دو فرایند است. در این راستا، قدرت تفکیک به دست آمده در TEM بیشتر از SEM است. دقت SEM حداکثر 10 نانومتر است. بنابراین، برای به دست آوردن اطلاعاتی در مورد شکل و اندازه ذرات با اندازه کوچک‌تر از 10 نانومتر، TEM روش مناسب‌تری است.

مشخصه‌یابی مواد نانو؛ میکروسکوپ‌های پروپی روبشی

1. میکروسکوپ نیروی اتمی  (AFM)

¹AFM نوع دوم میکروسکوپ‌های پروپی روبشی است که سطح نمونه را توسط یک سوزن تیز² روبش می‌کند. AFM بر پایه‌ی‌ نیروی الکترونی بین نوک پروپ میکروسکوپ و نمونه است. نیروی برهم‌کنش بین نوک پروپ و سطح نمونه، به فاصله‌ی نمونه از نوک پروپ بستگی دارد. برای مثال، وقتی نمونه به نوک پروپ بسیار نزدیک باشد، نیروی دافعه‌ی واندروالس، و هرگاه سطح نمونه از نوک پروپ دور باشد، نیروی جاذبه‌ی واندروالس نقش مهمی را بازی می‌کنند.

اساس کار AFM به این صورت است که نوک پروپ این میکروسکوپ به یک تیرک (کانتی‌لیور³ ) متصل است (مانند شکل1) که تغییر در نیروی اتمی آن را خم می‌کند. این سوزن از جنس سیلیکون یا نیترید سیلیکون بوده و ابعادی در محدوده نانومتر دارد. در واقع، نیروی وارد شده به سوزن، تیرک را خم کرده و بدین طریق می‌توان میزان نیروی وارد شده به سوزن را با توجه به قانون هوک به دست آورد. برای اندازه‌گیری میزان جابجایی تیرک در این میکروسکوپ‌ها از پرتو لیزر استفاده می‌شود.

2. روش‌های تصویربرداری از طریق AFM

برای تصویربرداری از طریق میکروسکوپ نیروی اتمی، معمولاً از دو روش استفاده می‌شود:

2-1) روش تماسی (استاتیک یا AFM-DC)

در روش تماسی، نوک پروپ به نمونه تماس پیدا می‌کند و نیروی دافعه بین اتم‌های سطح نمونه و نوک پروپ، نیروی غالب در این روش است. در این روش، نیروی اعمالی به نوک پروپ ثابت است. با استفاده از دنبال کردن انحرافات به وجود آمده در تیرک در اثر حرکت سوزن میکروسکوپ روی سطح نمونه، ‌می‌توان ساختاری از سطح نمونه را به دست آورد.

2-2) روش غیرتماسی (دینامیک یا AFM-AC)

در روش غیرتماسی، تیرک در فرکانسی نزدیک به فرکانس طبیعی خود لرزش می‌کند و نوک پروپ بسیار نزدیک به نمونه بوده و نیروی جاذبه بین اتم‌های سطح نمونه و نوک پروپ، نیروی غالب است. تغییرات در نیروهای اتمی بین تیرک و سطح ماده را می‌توان از تغییرات در دوره‌ی تناوب فرکانس طبیعی تیرک متوجه شد. با کاهش فاصله‌ی نوک پروپ با سطح نمونه که منجر به افزایش نیرو می‌شود، دامنه‌ی نوسان تیرک کاهش می‌یابد. با استفاده از دنبال کردن تغییرات دوره تناوب فرکانس طبیعی تیرک می‌توان ساختاری از سطح نمونه را به دست آورد.

3. کاربردهای AFM

3-1) به دست آوردن تصاویر توپوگرافی و فاز

این تصاویر در واقع نقشه‌ای از تغییرات خواص مکانیکی و فیزیکی سطح نمونه است. تصاویر توپوگرافی مستقیماً اندازه‌گیری‌های سه بعدی از ساختار سطح را ممکن می‌سازند و بزرگ‌نمایی قابل دسترس با آن بسیار بیشتر از میکروسکوپ‌های نوری و حتا میکروسکوپ الکترونی است. علاوه بر توپوگرافی، با استفاده از تصاویر فاز می‌توان تغییر خواص مکانیکی (و در نتیجه تغییر جنسیت) سطح را بررسی کرد. بنابراین، می‌توان با مقایسه تصاویر فاز با توپوگرافی موادی که از چند فاز مجزا تشکیل شده‌اند (مثل نانوکامپوزیت‌ها) فازهای مختلف را از هم تمیز داد.

3-2) به دست آوردن تصویر مغناطیسی

جهت تهیه تصویر مغناطیسی از تکنیک میکروسکوپ نیروی مغناطیسی ⁴ (MFM) استفاده می‌شود. این نوع میکروسکوپ از یک پروپ مغناطیسی برای آنالیز برهم‌کنش‌های مغناطیسی بین پروپ و سطح استفاده می‌کند. میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (AFM) به علت داشتن قدرت تفکیک جانبی بسیار بالا در به تصویر کشیدن حوزه‌های مغناطیسی، به ابزار بسیار قدرتمندی در بررسی محیط‌های ذخیره اطلاعات مغناطیسی همچون: سطح دیسک سخت، کارت‌های مغناطیسی و... تبدیل شده است. شکل 2 تصویر حوزه‌های مغناطیسی روی سطح دیسک سخت⁵  را با استفاده از تکنیک MFM نشان می‌دهد.

3-3) اندازه‌گیری خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی

یکی از کاربردهای مهم این میکروسکوپ در اندازه‌گیری خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی است. برای این منظور، نانولوله‌ی کربنی را به یک زیرلایه از جنس سیلیکون متصل می‌کنند به طوری که، یک انتهای نانولوله به سطح سیلیکون متصل و انتهای دیگر آزاد باشد. سپس نوک پروپ میکروسکوپ را به انتهای آزاد نانولوله نزدیک کرده و توسط نیروهای الکتریکی موجود در نوک پروپ میکروسکوپ، به نانولوله نیرو وارد می‌کنند. سپس با استفاده از میزان جابجایی نوک پروپ میکروسکوپ، خواص مکانیکی نانولوله نظیر مدول الاستیک، چقرمگی شکست و برخی خواص دیگر را اندازه‌گیری می‌کنند.

3-4) اندازه‌گیری پارامترهای آماری

به همراه تصاویر توپوگرافی و فاز می‌توان پرامترهای زبری را برای سطوح مختلف اندازه‌گیری کرد. اندازه‌گیری پارامترهای زبری نظیر درصد صافی سطح، میزان انحرافات و... در بسیاری از صنایع از اهمیت بالایی برخوردار است. تعیین این پارامترها با دقت بسیار بالا و به خصوص در ابعاد نانومتری بسیار دشوار و با روش‌‌های معمول ناممکن است. در لایه نشانی لایه‌های نازک، ساخت نانوفیلترها و... که نسبت سطح به حجم بالاست و ساختارها و پستی و بلندی‌هایی از مرتبه نانومتر مورد نظر است، AFM تبدیل به ابزار بی‌نظیری برای اندازه‌گیری پارامتری زبری می‌شود.

3-5) کاربردهای بیولوژیکی

AFM در ابتدا برای تصویربرداری توپوگرافی و بررسی خواص مکانیکی نمونه‌های بیولوژیکی به کار گرفته شد. کاربردهای آن امروزه به حوزه داروسازی، بیوتکنولوژی، میکروبیولوژی، بیولوژی ساختاری، بیولوژی مولکولی، ژنتیک و دیگر حوزه‌های مرتبط گسترش پیدا کرده است.

اولین تصویر AFM از ویروس‌ها توسط کالبه ⁶ از باکتری‌خوار 4T گرفته شد (شکل 3). و هم اکنون AFM برای تصویر گرفتن و بررسی ساختارهای پروتئین، AND، سلول‌های سرطانی، باکتری‌ها، برهم‌کنش‌های آنزیمی، غشاها، کروموزوم‌ها و... در شرایط فیزیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نمونه‌های بیولوژی بسیار صاف هستند و چسبندگی کمی با سطح دارند. بنابراین استفاده از AFM-AC) AFM غیرتماسی) برای این نمونه‌ها مزایای زیادی دارد، زیرا کوچک‌ترین خسارتی به نمونه در حین روبش وارد نمی‌شود.

فیلم چگونگی عملکرد AFM

1.Atomic Force Microscopy

2.TIP

3.Cantilever

4.Magnetic Force Microscopy

5.Hard Disk

6.Kolbe

میکروسکوپ‌های پروپی روبشی (STM)

میکروسکوپ‌های پروپی روبشی¹  (SPMs) از دیگر ابزاری است که جهت مشخصه‌یابی و آنالیز نانومواد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

میکروسکوپ پروپی روبشی، در طی 25 سالی که از اختراع‌اش می‌گذرد، در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی کاربرد وسیعی یافته است. قدرت بزرگ‌نمایی بسیار بالا، سادگی استفاده و عدم نیاز به آماده‌سازی‌های پیچیده از جمله مزایایی است که موجب شده است پژوهشگران و محققان تمایل زیادی به استفاده از آن داشته باشند.

در این میکروسکوپ‌ها، سطح نمونه توسط یک سوزن نوک تیز یا پروپ که نوک آن به صورت تک‌اتمی است، روبش می‌شود. این سوزن روبنده به خاطر ابعاد بسیار کوچک خود می‌تواند کوچک‌ترین پستی و بلندی موجود در سطح را (در حد نانومتر) حس نماید. بسته به طبیعت برهم‌کنش‌های موضعی، می‌توان تصاویری سه‌بعدی از پستی و بلندی سطح، ساختار الکترونیکی، ساختار مغناطیسی یا هر خاصیت موضعی دیگر را به دست آورد. نانوکریستال‌ها، نانوکامپوزیت‌ها، نانوذرات، نانولوله‌ها، نانوپودرها و... از جمله نانوساختارهایی هستند که امروزه به طور گسترده‌ای با این نوع میکروسکوپ مورد بررسی قرار می‌گیرند.

بسته به این‌که اطلاعات گرفته شده توسط سوزن روبنده با چه مکانیزمی قابل دریافت باشد، دو سیستم میکروسکوپی به وجود آمده است که عبارتند از:

1. میکروسکوپ تونلی روبشی²  (STM)

2. میکروسکوپ نیروی اتمی³  (AFM)

میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)

میکروسکوپ تونلی روبشی اولین نوع از میکروسکوپ‌های پروبی روبشی بود که در سال 1981 توسط بینینگ⁴ و روهرر ⁵ اختراع شد. این گروه پنج سال بعد موفق به دریافت جایزه نوبل شدند، چرا که STM اولین دستگاهی بود که تصاویر سه‌بعدی واقعی با قدرت تفکیک اتمی از سطوح تولید کرد.

در این نوع میکروسکوپ، از خاصیت الکتریکی اجسام بهره گرفته و با تولید یک جریان الکتریکی تونلی و تغییرات آن در اثر نوسان سوزن روی سطح، اطلاعات دریافت می‌شود. در این تکنیک از یک سوزن تیز برای روبش سطح استفاده می‌شود و یک ولتاژ بین سوزن و نمونه اعمال می‌شود. وقتی‌که سوزن به فاصله کم‌تر از 10 آنگسترومی سطح نمونه آورده می‌شود، الکترون‌ها بر اساس پدیده‌ی تونل‌زنی از نمونه به اتم‌های سوزن یا بالعکس جریان می‌یابد. این جریان تونلی ایجاد شده که با تغییر فاصله سوزن تا نمونه، تغییر می‌کند، به عنوان سیگنال تصویر‌سازی استفاده می‌شود. شکل (1) شماتیک عملکرد STM را نشان می‌دهد.

روش‌های تصویربرداری از طریق STM

معمولاً سطوح مواد در مقیاس اتمی، سطوح ناصافی هستند، چرا که اتم‌های تشکیل دهنده‌ی ماده،‌کروی شکل هستند و در اثر قرار گرفتن در کنار هم باعث ایجاد پستی و بلندی روی سطح خواهند شد. با توجه به این اصل، دو روش تهیه تصویر برداری در STM وجود دارد.

روش الف) جریان ثابت

هرگاه جریان اعمالی به نوک پروپ میکروسکوپ ثابت باشد، نوک پروپ به صورت عمودی روی سطح نمونه حرکت می‌کند تا جریان ثابت باقی بماند. حرکت عمودی نوک پروپ میکروسکوپ به وسیله یک پیزوالکتریک کنترل می‌شود. در واقع،‌ در این روش همواره فاصله‌ی بین نوک پروپ میکروسکوپ و اتم‌های سطح نمونه ثابت باقی می‌ماند.

روش ب) ولتاژ ثابت

وقتی ولتاژ ثابت باشد، نوک پروپ فقط به صورت افقی روی سطح حرکت می‌کند تا ولتاژ ثابت باقی بماند. در اینجا فاصله‌ی بین نوک پروپ میکروسکوپ و اتم‌های سطح نمونه ثابت نیست.

واژه ها:

مغناطیس‌سنج با نمونه ارتعاشی (VSM)

توصیه‌ی می‌شود قبل از خواندن این مقاله‌، حتماً مقاله‌ی "آشنایی با مفاهیم مغناطیسی" را مطالعه بفرمایید.

1. مغناطیس‌سنجی

هدف از مغناطیس‌سنجی، اندازه‌گیری میزان مغناطش نانومواد است که با روش‌های گوناگون و با استفاده از پدیده‌های مغناطیسی مختلف می‌تواند انجام شود.

یکی از روش‌هایی که به ویژه در ایران مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ روش مغناطیس‌سنج با نمونه ارتعاشی¹  (VSM) می‌باشد. در این روش، نمونه پس از مراحل آماده‌سازی در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته و منحنی مغناطش آن بر حسب میدان اعمالی (منحنی پسماند) رسم می‌شود. با بررسی و تفسیر منحنی پسماند در مواد سخت و نرم، می‌توان میزان مغناطش و بسیاری از مفاهیم دیگر مغناطیسی در نانومواد را به دست آورد.

2. مواد سخت و نرم مغناطیسی

تفاوت عمده مواد نرم و سخت مغناطیسی به حلقه پسماند آن‌ها مربوط می‌شود. نکته حائز اهمیت در این منحنی‌ها، سطح زیر حلقه است که بیانگر انرژی مغناطیسی در واحد حجم ماده در چرخه مغناطیس – غیرمغناطیس شدن می‌باشد.

در مواد مغناطیسی نرم سطح زیر حلقه کم بوده و حلقه پسماند باریک دارند. در این مواد مانند آهن، کبالت و نیکل در صورتی که خالص باشند، حجم حوزه‌ها به سهولت تغییر می‌کند و در نتیجه به سهولت با یک میدان ضعیف آهنربا می‌شوند و خاصیت آهنربایی خود را نیز به راحتی از دست می‌دهند. این مواد قابلیت نفوذ اولیه و وادارندگی مغناطیسی بالا دارند، که با اعمال میدان نسبتاً کوچکی به اشباع می‌رسند. از این گونه مواد در هسته های سیملوله‌ها، در مبدل‌ها، القاگرها و ژنراتورها استفاده می‌شود. مواد مغناطیس نرم با حذف میدان مغناطیسی خارجی خاصیت آهنربایی خود را از دست می‌دهند و به دلیل همین خاصیت، آن‌ها برای ساختن آهنرباهای الکتریکی (آهنرباهای غیردائم) مناسب‌اند.

برخی دیگر از مواد مانند فولاد (آهن به اضافه‌ی دو درصد کربن)، آلیاژهای دیگری از آهن، کبالت و نیکل به وادارندگی مغناطیسی مقاوم می‌باشند و به سختی آهنربا می‌شوند؛ یعنی، حجم حوزه‌ها در آن‌ها به سختی تغییر می‌کند. این مواد را مغناطیس‌های سخت یا دائمی می‌نامند. این مواد حلقه مغناطیسی پهنی داشته و در مقابل مغناطیس شدن مقاومت زیادی از خود نشان می‌دهند و دارای ظرفیت نفوذ اولیه پایین هستند. در این مواد، سمت‌گیری دوقطبی‌های مغناطیسی حوزه‌ها پس از حذف میدان خارجی به سهولت تغییر نمی‌کند. به عبارت دیگر، پس از برداشتن میدان مغناطیسی خارجی، ماده‌ی مغناطیس سخت، خاصیت آهنربایی خود را حفظ می‌کند. به همین دلیل از این مواد برای ساختن آهنرباهای دائمی استفاده می‌کنند.

برای خاصیت آهنربایی هر ماده‌ی مغناطیس مقدار بیشینه‌ای وجود دارد. این وضعیت هنگامی پیش می‌آید که ماده‌ی مغناطیس در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی قرار گیرد؛ به‌طوری‌که همه‌ی دوقطبی‌های مغناطیسی اتمی در همه‌ی حوزه‌ها به موازات هم به خط شوند.

3. دستگاه مغناطیس‌سنج با نمونه‌ی ارتعاشی (VSM)

طرحی از دستگاه VSM را در شکل (3-1) می‌بینید. مطابق شکل، دستگاه از یک جفت سیم‌پیچ القاگر که در بین دو قطب یک‌ آهن‌ربا قرار دارد، تشکیل شده است. نمونه نیز در فضای مابین دو قطب مغناطیسی قرار می گیرد و برای اطمینان از این‌که تمام قسمت‌های آن، میدان مغناطیسی نسبتاً یکنواختی را احساس کند؛ چرخش نمونه به طور عمودی و هم‌چینن حول محور خودش صورت می‌گیرد. میدان مغناطیسی خارجی توسط قطب‌های آهنربا ایجاد و سپس به وسیله‌ی القاگر به نمونه اعمال می‌شود و نمونه در اثر این میدان خارجی مغناطیده می‌شود. چرخش نمونه در فضای بین القاگر، سبب تغییر میدان در فضای بین سیم‌پیچ‌ها با فرکانس ارتعاشی نمونه می‌شود. سیگنال‌های القاگر کاملاً متناسب با مغناطش نمونه می‌باشد و به وسیله‌ی یک تقویت کننده قفل شونده²  اندازه‌گیری می‌شود.

مواد مغناطیسی اصولاً از حوزه‌های مغناطیسی تشکیل یافته‌اند که به صورت اتفاقی در ماده توزیع شده‌ و بدون اعمال میدان، هیچ‌گونه مغناطش را نشان نمی‌دهند. فرایند مغناطش یک ماده مغناطیس با اعمال میدان از نقطه صفر تا حالت اشباع M=Ms در شکل (3-2) نشان داده شده است.

قسمت a شکل، دو حوزه مغناطیسی با ممان‌های اشباع منفرد که در خلاف جهت یکدیگر قرار دارند را نشان می‌دهد. با اعمال میدان مغناطیسی H (قسمت b)، حوزه مغناطیسی که از نظر انرژی در وضعیت مناسب‌تری قرار دارد (جهت ممان‌های حوزه به جهت میدان نزدیک‌تر است) بزرگ‌تر می‌شود. اکنون یک مغناطش خالص M در ماده به وجود می‌آید. با افزایش شدت میدان، این حوزه مغناطیس بزرگ‌تر شده تا اینکه ماده فرومغناطیس دارای یک حوزه مغناطیسی منفرد با ممان مغناطیسی موازی با H یا نزدیک به جهت آن ‌گردد. مغناطش ماده، اکنون برابر با مقدار M=MsCos? می‌باشد. ? زاویه بین Ms در طول محور مغناطیسی و H است. در نهایت، با افزایش شدت میدان، ممان Ms  نیز موازی با جهت H شده و ماده فرومغناطیس با یک مقدار مغناطش Ms  اشباع می‌گردد. در روش VSM با افزایش شدت میدان اعمالی مقدار M در هر لحظه ثبت می‌شود. پس از این‌که نمونه در مغناطش به حد اشباع رسید، با کاهش شدت میدان اعمالی به سمت صفر، ماده دارای مغناطش القا شده پسماند (Mr) خواهد بود که بزرگی آن تابعی از مغناطش اشباع می‌باشد. میدان پسماند زدای Hc نیز میدانی‌ است که در آن مغناطش القا شده پسماند کاهش یافته تا به صفر برسد. مقدار Hc که نیروی وادارنگی مغناطیسی نیز نامیده می‌شود، بر نرم یا سخت بودن ماده فرومغناطیس دلالت دارد. هر چه مقدار Hc کوچک‌تر باشد، یعنی ماده در میدان‌های پایین‌تر مغناطش القا شده پسماند را از دست می‌دهد و از طرفی به راحتی نیز به مغناطش اشباع می‌رسد و به اصطلاح گفته می‌شود ماده دارای نیروی وادارنگی و نقوذپذیری بالا می‌باشد. قابلیت نفوذپذیری یک ماده، معرف توانایی آهنربایی شدن آن ماده در حضور میدان خارجی می‌باشد.

حلقه‌ پسماند و مقدار Hc دو مشخصه‌ی مهم و اصلی نانومواد می‌باشند. شکل حلقه‌ی پسماند و مقدار نفوذپذیری نانومواد، به خواص و اندازه‌ی آن‌ها بستگی زیادی دارد.