Rappresentazione Doppia Bimodale di CA da Ricerca dell'Asilo

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Sfondo
CA Doppio Bimodale Rappresentazione-Come Funziona
Feedback
Esempi Bimodali di Immagine
Grafite
DNA in Liquido
Conclusione

Sfondo

La rappresentazione Doppia di CA comprende un'ampia varietà di tecniche. Abbiamo suddiviso queste varie tecniche di rappresentazione specificamente per descrivere il modo per le applicazioni differenti. La Tabella 1 spiega le varie tecniche Doppie di CA con le impostazioni del software di MFP-3D state necessarie per la rappresentazione. Per questa nota di applicazione, soltanto la rappresentazione Doppia bimodale di CA sarà discussa.

 

 

Impostazioni del Software di MFP-3D

Tecnica

Descrizione

Frequenza 1 f1

Frequenza 2 F2

Guidi 1-2

Modo: Unità

Bimodale

Determini la prima e seconda risonanza.

Nei pressi di risonanza fondamentale

Nei pressi di seconda risonanza

Su Su

CA Doppio: Scossa

MFM

Bimodale con i parametri di esercizio speciali e una trave a mensola magnetica.

Nei pressi di risonanza fondamentale

Nei pressi di seconda risonanza

Su Su

CA Doppio: Scossa

Bimodale Passivo

Simile a bimodale, ma alla seconda risonanza soltanto è riflesso, non è guidato.

Nei pressi di risonanza fondamentale

Nei pressi di seconda risonanza

Di accensione

CA Doppio: Scossa

Armonica Attiva

Simile a bimodale, ma ad un'più alta armonica guidata.

Nei pressi di risonanza fondamentale

f2=Nxf1 dove N è un numero intero

Su Su

CA Doppio: Scossa

Armonica Passiva

L'Più Alta armonica semplicemente è riflessa, non è guidata.

Nei pressi di risonanza fondamentale

f2=Nxf1 dove N è un numero intero

Di accensione

CA Doppio: Scossa

DFRT

Guidando ad una frequenza sotto la risonanza (A1) e ad un altro sopra (A2), il A2-A1 dà un segnale che di errore possiamo usare per tenere la carreggiata i cambiamenti di frequenza di risonanza.

Leggermente sotto risonanza fondamentale (A~Amax/2)

Leggermente sopra risonanza fondamentale (A~Amax/2)

Su Su

CA Doppio Da Scuotere

DFRT-PFM

Tecnica Piezo-elettrica di Microscopia della Forza di Risposta facendo uso del di cui sopra.

Leggermente sotto risonanza fondamentale (A~Amax/2)

Leggermente sopra risonanza fondamentale (A~Amax/2)

Su Su

PFM: CA Doppio al Chip

CA Doppio Bimodale Rappresentazione-Come Funziona

La rappresentazione Doppia Bimodale di CA approfitta della flessibilità e della potenza dell'elaborazione numerica dei segnali all'interno del controller di sistema di MFP-3D AFM. L'idea dietro questa è semplice. Le Travi A Mensola sono oggetti meccanici estesi ed hanno molte frequenza di risonanza flessionali differenti. Nel Passato, i microscopi atomici della forza di CA hanno eccitato tipicamente uno di quei modi, solitamente la frequenza più bassa, o il modo “fondamentale„ e poi hanno usato l'ampiezza o la frequenza di quel modo come l'input per un sistema di feedback che gestisce la separazione del suggerimento-campione. Quando l'ampiezza del moto fondamentale è usata, il termine “AFM Modulato Ampiezza„ (AM-AFM) è stato impiegato.

Figura 1. ampiezza Doppia Bimodale di modo di CA secondo sovrapposta su topografia resa del AFM (superiore) e sull'immagine fondamentale di fase sovrapposta su topografia (fondo) della cera a più componenti della spuma. Noti l'alto contrasto visibile nell'immagine Doppia bimodale di CA e nella mancanza relativa di contrasto nella fase fondamentale. scansione di 4µm.

Una stringa colta della chitarra ha più alte risonanze flessionali che sono armoniche, significanti quella se il modo fondamentale è ad una frequenza f0, la risonanza seguente è a 2f0, il seguente è a 3f0 ecc. Per tutti solo molto alcuni tipi molto specializzati, le frequenza di risonanza a mensola sono non armoniche. L'Estremità e Jaschke come pure Sarid danno gli esami piacevoli dei meccanici a mensola. Figura 2 dà le frequenza di risonanza teoriche per le travi a mensola a forma di trampolino per le frequenza di risonanza primissime. Le frequenza di risonanza misurate per due travi a mensola rappresentative, il Olympus AC-240 (per rappresentazione dell'aria) e la Bio--Leva di Olympus (per rappresentazione fluida) egualmente sono quotate.

La Figura 2. frequenza di risonanza Teoriche del trampolino ha modellato le travi a mensola in termini di fondamento, w1 come pure frequenza di risonanza per il Olympus AC240 e Bio--Leve. In questi casi, le previsioni teoriche sono d'accordo tipicamente con i risultati misurati in conformità a 10%.

Uno dei metodi più semplici per l'esame dell'effetto di più alti modi è di determinarli direttamente, facendo uso dello stesso macchinario installato di quello utilizzato nella rappresentazione di CA. Come con la rappresentazione di CA facendo uso della prima frequenza di risonanza, l'ampiezza della trave a mensola misurata alla frequenza dell'unità è utilizzata come il segnale di errore in un ciclo di feedback. Ed altri contrasto migliorato osservato Rigido di fase su un campione facendo uso della terza frequenza di risonanza di una trave a mensola triangolare. Crittenden et al. egualmente ha esplorato facendo uso di più alte armoniche per la rappresentazione perché la risposta di più alte armoniche è più marcata della risposta della risonanza fondamentale.

Se le interazioni repellenti periodiche fra il suggerimento ed il campione sono non lineari, accoppieranno il moto nelle più alte armoniche. Ciò può fornire informazioni sui beni meccanici del campione. Durante il singolo ciclo vibratorio di AM-AFM, il suggerimento campiona tipicamente un intervallo delle forze, dalla lunga autonomia attraente al repellente a corta portata. Se il suggerimento interagisce con le brevi forze di repulsione variate, le informazioni sui beni meccanici del campione possono essere ottenute.

Per la singola rappresentazione del modo di oscillazione, se di sfasamento è positivo, è consueto riferirsi al modo della rappresentazione come “attraente netto„ o semplicemente “attraente„. Se di sfasamento è negativo, il modo si riferisce a come “repellente„. Recentemente, Rodriguez e Garcia hanno pubblicato una simulazione teorica di una tecnica senza contatto e attraente del modo dove la trave a mensola è stata guidata alle sue due frequenza di risonanza più basse. Nelle loro simulazioni, hanno osservato che la fase del secondo modo ha avuta una forte dipendenza dalla costante di Hamaker del materiale che è imaged, implicante che questa tecnica potrebbe essere usata per estrarre le informazioni chimiche sulle superfici che sono imaged. L'Altro lavoro dal gruppo di Garcia egualmente ha dimostrato che la sensibilità composizionale di un AFM è migliorata dall'eccitazione simultanea delle sue prime due frequenza di risonanza normali 1-2.

Figura 3 mostra l'idea di base del modo Doppio bimodale della rappresentazione di CA facendo uso di due frequenza di risonanza tipico non armoniche di una trave a mensola. La trave a mensola è guidata con una combinazione lineare di tensioni sinusoidali, nei pressi delle frequenza di risonanza, f1 e F2. Questo segnale è usato determinare la base di una trave a mensola con “una scossa„ piezo-elettrica. Gli esperimenti riferiti qui sono stati ripetuti con una trave a mensola magneticamente attivata con risultati simili. È preveduto che altri metodi di attuazione dove due forme d'onda dell'unità possono essere sommate risultino come efficace. Il moto risultante della trave a mensola è misurato con un sensore di posizione. Questo segnale a sua volta è usato come l'input per due separati blocco-in amplificatori, in cui il generatore di funzioni f1 è utilizzato mentre un riferimento per una lockin e f2 è usato come riferimento per l'altra. L'output degli amplificatori del lockin, compreso l'in fase Cartesiano e paia di quadratura (x1, y1, x2, y)2 ed ampiezza polare e rappresentazioni di fase (1A,1 Ø,2 A,2 Ø) del moto a mensola a due o più frequenze può poi essere passato sopra al regolatore in cui possono essere video, salvati, combinarsi con altri segnali ed essere utilizzati nei cicli di feedback.

Figura 3. Nel CA Doppio bimodale, la trave a mensola sia è guidata che misurata a due (o più) frequenze. La tensione sinusoidale “di scossa„ è una somma delle tensioni alle frequenze f1 e F.2 La deformazione a mensola poi contiene le informazioni ad entrambe quelle frequenze, secondo le indicazioni della curva rossa. L'ampiezza e la fase alle due frequenze poi sono separate ancora dai due lockins e sono passate sopra al regolatore. Il regolatore può usare una o entrambe le frequenza di risonanza per gestire un ciclo di feedback.

Feedback

Come con la rappresentazione convenzionale di CA, l'ampiezza della trave a mensola è usata come il segnale di errore di feedback. C'è una differenza qui, tuttavia, poiché ci sono due ampiezze - una ad ogni frequenza dell'unità. L'iniziale risulta noi presenta ad uso l'ampiezza della frequenza fondamentale A1 come il segnale di errore di feedback e la fase fondamentale Ø1, la seconda ampiezza A di frequenza di risonanza2 e fase Ø2 come “portare-lungo„ i segnali. L'Inversione del questo ed usando il più alta ampiezza di frequenza di risonanza come feedback e portare l'ampiezza e la fase fondamentali avanti possono anche dare i risultati interessanti. La somma di tutte ampiezze come il segnale di errore egualmente ha permesso la rappresentazione stabile.

Una funzionalità interessante di questa misura è che il trattamento del segnale può essere eseguito sullo stesso flusso di dati a mensola di deformazione per ogni modo flessionale. Con un'implementazione digitale del lockin, per esempio, questa implica che lo stessi posizionino il rivelatore sensibile ed il moltiplicatore di focale analogico-digitale (finchè ha larghezza di banda sufficiente per il più alto modo) può essere utilizzato per estrarre le informazioni per quanto riguarda le frequenza di risonanza distinte.

Esempi Bimodali di Immagine

Grafite

Figura 4 mostra un'immagine di 30µm fatta su una superficie pyrolitic altamente orientata (HOPG) della grafite. La trave a mensola era una trave a mensola del silicio AC-240 da Olympus. È stata guidata alla frequenza di risonanza fondamentale (1f~69.5kHz e1 A~8nm) ed in secondo luogo (f~405kHz2, A~8nm2). Nessuna differenza significativa è stata osservata per la simile rappresentazione delle travi a mensola la superficie della grafite. Il ciclo di Z-Feedback è stato gestito facendo uso dell'ampiezza fondamentale A1 come il segnale di errore. La topografia (A) mostra i terrazzi previsti separati dai singoli o punti atomici multipli. La prima ampiezza di modo (B) il canale somiglia ad un'immagine filtrata passa-alto della topografia. L'immagine fondamentale di fase (C) mostra un ritardo di fase medio di ~34° e della variazione pochissima (deviazione standard di ≤1°), implicante che la trave a mensola sia coerente nel modo repellente. Di Nuovo, c'è pochissimo contrasto nell'immagine fondamentale di fase. La seconda immagine di ampiezza di modo (D) tuttavia ha contrasto significativo, con alle vaste regioni delle toppe mostrando dove A2, la seconda ampiezza del modo, è stato diminuito dalle interazioni del suggerimento-campione. Una rappresentazione tridimensionale della topografia di superficie (A) con la seconda ampiezza di frequenza di risonanza (D) “ha dipinto„ sulla superficie resa (E) permette che i secondi dati ad alto contrasto del modo siano correlati con la topografia. Sebbene (E) indica chiaramente là è un alto livello di correlazione, là è egualmente limiti nella seconda ampiezza del modo che sembrano non avere connessione alle funzionalità topografiche.

La Figura 4. immagini A-D della Grafite che mostrano i modi differenti della rappresentazione (cima) e l'ampiezza Doppia bimodale del modo di CA secondo sovrapposta sul AFM ha reso la topografia (fondo), scansione di 30µm.

DNA in Liquido

La rappresentazione Doppia Bimodale di CA egualmente funziona bene per la rappresentazione di AM-AFM in liquidi. Un campione ad alta densità dell'acido desossiribonucleico della Λ-Raccolta (DNA) è stato preparato in una stuoia densa su mica di recente fenduta. Figura 5 mostra la risposta di una Bio--Leva lunga 60µm di Olympus in liquido che è guidato alla sua risonanza fondamentale (f~8.5kHz1, A~8nm1) ed al suo secondo modo (f~55kHz2, A~5nm2) nella soluzione tampone del DNA. La topografia (A) mostra una stuoia densa di materiale sulla superficie senza i chiari fili di DNA visibili. Similmente, l'ampiezza fondamentale (B), il canale utilizzato per il segnale di errore di feedback, non mostra struttura particolare. Il canale fondamentale di fase (C) mostra il contrasto sottile fra i precedenti e una struttura che mostra i suggerimenti di essere fili delle molecole del DNA. La seconda ampiezza di modo (D) mostra chiaramente, immagini ad alto contrasto degli stessi fili del DNA. I mèche compaiono buio, corrispondente ad una dissipazione aumentata. Ciò è coerente con i mèche del DNA leggermente più di meno che sono limitati al campione e così capace di assorbire alcuna della seconda energia di frequenza di risonanza. Di Nuovo, rendendo la topografia in tre dimensioni e dipingendo la seconda ampiezza di modo sulla cima (E) ha conceduto la topografia e la seconda ampiezza del modo nello spazio da correlare.

Figura 5. topografia (A), (B) ampiezza fondamentale, (C) fase fondamentale, (D) ampiezza Doppia bimodale di DNA, di modo di CA secondo scansione 750nm. (E) Secondi dati di ampiezza di modo sovrapposti su topografia resa del AFM.

Conclusione

Misurando la risposta a mensola a due frequenze differenti, è possibile esaminare la differenza dentro, per esempio, la fase segnala alla frequenza fondamentale dell'unità e ad una frequenza dell'unità dell'più alto modo. In futuro questo può aiutare con l'estrazione dei beni meccanici frequenza-dipendenti del campione. Le differenze Significative di contrasto possono essere osservate facendo funzionare una trave a mensola repellente del modo AM-AFM a più di una delle sue risonanze flessionali. Mentre la ricerca continua, stiamo imparando costantemente più circa CA Doppio Bimodale. Contatti la Ricerca dell'Asilo per imparare circa le ultime scoperte ed applicazioni su questa tecnica.

Sorgente: Rappresentazione Doppia Bimodale di AC™
Un insieme completo dei riferimenti può essere trovato riferendosi al documento di origine
Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego la Ricerca dell'Asilo

Date Added: May 7, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 17:56

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