保護所の研究からの二頂二重 AC イメージ投射

カバーされるトピック

背景
イメージ投射どのように働くか二頂二重 AC
フィードバック
二頂画像の例
グラファイト
液体の DNA
結論

背景

二重 AC イメージ投射はいろいろ技術を取囲みます。 私達はとりわけ異なったアプリケーションのためのモードを記述するためにこれらのさまざまな映像技術を破壊しました。 表 1 は必要とされる MFP-3D のソフトウェアの設定と共にイメージ投射のためのさまざまな二重 AC 技術を説明したものです。 このアプリケーションノートのために、二頂二重 AC イメージ投射だけ論議されます。

 

 

MFP-3D のソフトウェアの設定

技術

記述

頻度 1-f1

頻度 2 F2

1-2 を運転して下さい

モード: 駆動機構

二頂

第 1 そして第 2 共鳴を運転して下さい。

基本的な共鳴でまたはその近辺

第 2 共鳴でまたはその近辺

オン

二重 AC: 振動

MFM

特別なオペレーティングパラメータおよび磁気片持梁と二頂。

基本的な共鳴でまたはその近辺

第 2 共鳴でまたはその近辺

オン

二重 AC: 振動

受動の二頂

二頂、しかし第 2 共鳴に類似したただ監視されましたり、運転されません。

基本的な共鳴でまたはその近辺

第 2 共鳴でまたはその近辺

オンオフ

二重 AC: 振動

実行中の倍音

二頂、しかし運転される高調波に類似した。

基本的な共鳴でまたはその近辺

N が整数であるところ f2=Nxf1

オン

二重 AC: 振動

受動の倍音

高調波は単に監視されましたり、運転されません。

基本的な共鳴でまたはその近辺

N が整数であるところ f2=Nxf1

オンオフ

二重 AC: 振動

DFRT

1 つの頻度共鳴 (A1) の下のの運転によっておよび上で別のもの (A2)、 A2-A1 は共鳴頻度変更を追跡するのに私達が使用してもいいエラーシグナルを与えます。

わずかに基本的な共鳴 (A~Amax/2) の下で

わずかに基本的な共鳴 (A~Amax/2) の上で

オン

揺れるべき二重 AC

DFRT-PFM

上を使用して Piezo 応答力の顕微鏡検査の技術。

わずかに基本的な共鳴 (A~Amax/2) の下で

わずかに基本的な共鳴 (A~Amax/2) の上で

オン

PFM: チップへの二重 AC

イメージ投射どのように働くか二頂二重 AC

二頂二重 AC イメージ投射は MFP-3D AFM のシステム制御装置の内のデジタル信号処理の柔軟性そして力を利用します。 これの後ろの考えは簡単です。 片持梁は拡張機械目的で、多くの異なった flexural 共振周波数があります。 以前、 AC 原子力の顕微鏡は普通それらのモード、通常最も低い頻度の 1 つを、か 「基本的な」モード刺激し、次に入力として先端サンプル分離を制御するフィードバックシステムのためにそのモードの振幅か頻度を使用してしまいました。 基本的な動きの振幅が使用されるとき、ターム 「振幅によって調整される AFM」は (AM-AFM) 用いられました。

オーバーレイをされるされた AFM の地形 (上) および多成分波のワックスの地形 (底) でオーバーレイをされる基本的な段階の画像の図 1. 二頂二重 AC 第 2 モードの振幅。 基本的な段階の対照の二頂二重 AC 画像そして相対的な欠乏で目に見えるハイコントラストに気づいて下さい。 4µm スキャン。

基本的なモードが頻度 f にあれば摘み取られたギターストリングに 3f に 2f に調和的であるそれを意味するより高い0 flexural 共鳴が、次の共鳴0あります、次等あります0 あります。 非常に少数の非常に専門にされたタイプを除いてすべてのために、片持梁共振周波数は非調和です。 バットおよび Jaschke、また Sarid は片持梁機械工の素晴らしい検討を与えます。 図 2 ははじめの幾つかの共振周波数の飛込台の形づけられた片持梁のための理論的な共振周波数を与えます。 2 つの代表的な片持梁、オリンパス AC-240 (空気イメージ投射のために) およびオリンパスの生物レバーのための測定された共振周波数はまた (流動イメージ投射のために) リストされています。

図 2. 理論的な飛込台の共振周波数はオリンパス AC240 および生物レバーのための基礎、 w1、また共振周波数の点では片持梁を形づけました。 このような場合、理論的な予言は 10% で十分できる範囲でに測定された結果と普通一致します。

高次モードの効果を見るための最も簡単な方法の 1 つは AC イメージ投射で使用されるそれとセットアップされる同じ機械装置を使用してそれらを、直接運転することです。 最初の共振周波数を使用して AC イメージ投射と同じように、駆動機構の頻度で測定されるフィードバックループでエラーシグナルとして片持梁の振幅は使用されます。 三角の片持梁の第 3 共振周波数を使用してサンプルの硬直した等観察された高められた段階の対照。 Crittenden はまた基本的な共鳴の応答より鋭いイメージ投射のための高調波を使用して等高調波の応答がので探索しました。

先端とサンプル間の定期的で冷淡な相互作用が非線形なら、高調波に動きをつなぎます。 これはサンプルの機械特性についての情報を提供できます。 単一 AM-AFM の振動のサイクルの間に、先端は普通短距離冷淡のに魅力的な長距離からの力の範囲を、見本抽出します。 先端が短い及んだ冷淡な力と相互に作用していれば、サンプルの機械特性についての情報は得ることができます。

単一の振動のモードイメージ投射のために、位相ずれが肯定的なら、 「純」魅力的ようにイメージ投射モードを示すことは通常または単に 「魅力的」です。 位相ずれが否定的なら、モードは 「冷淡」と言われます。 最近、ロドリゲスおよびガルシアは片持梁が 2 つの最も低い共振周波数で運転された無接触、魅力的なモードの技術の理論的なシミュレーションを出版しました。 シミュレーションでは、それらは第 2 モードの段階に視覚化されている表面についての化学情報を得るのにこの技術が使用できることを意味する視覚化されている材料の Hamaker の定数への強い依存があったことを観察しました。 ガルシアのグループによる他の作業はまた AFM の合成感度が最初 2 つの正常な共振周波数の同時刺激によって 1-2 高められることを示しました。

図 3 は片持梁の 2 つの普通非調和共振周波数を使用して二頂二重 AC イメージ投射モードの基本的アイデアを示します。 片持梁は共振周波数、 f1 および F2 でまたはその近辺で正弦電圧の線形組合せと、運転されます。 このシグナルは piezo 「振動」の片持梁のベースを運転する使用されます。 ここに報告された実験は同じような結果を用いる磁気的に作動した片持梁によって繰り返されました。 2 つの駆動機構の波形が総計することができる他の作動方法が有効ように証明することが期待されます。 片持梁の生じる動きは位置センサーによって測定されます。 このシグナルは関数発生器 f が使用される 2 つの別々のロックインのアンプのために入力としてそれから1 1 つの lockin および f のための参照が他のために2 参照として使用されると同時に使用されます。 デカルトの同相および求績法のペアを含む lockin のアンプの出力、 (x1、 y1、 x2、 y)2 および北極の振幅および段階 (A1、 Ø1、 A22 2つ以上の頻度の片持梁動きの Ø の) 表示はにそれからコントローラ他のシグナルと表示され、保存され、結合され、フィードバックループで使用することができる渡すことができます。

図 3。 二頂二重 AC では、片持梁は 2 つの (またはもっと) 頻度で運転され、測定されます。 正弦 「振動」の電圧は頻度 f および F. に電圧の1 合計です。2 片持梁偏向は赤いカーブに示すようにそれらの頻度の両方でそれから情報を、含んでいます。 2 つの頻度の振幅そして段階は 2 ロックインでそれから再度分かれて、コントローラに渡されます。 コントローラは共振周波数の 1 つまたはフィードバックループを作動させるのに両方を使用できます。

フィードバック

慣習的な AC イメージ投射と同じように、片持梁の振幅はフィードバックのエラーシグナルとして使用されます。 しかし 2 つの振幅 - 各駆動機構の頻度の 1 -- があるのでここに相違があります。 頭文字は私達フィードバックのエラーシグナルとして示します使用に基本的な周波数1 A の振幅をおよび基本的な段階 Ø、1第 2 共振周波数の振幅 A および2 」シグナル運に沿う2 段階 Ø ように 「生じます。 これを逆転させ、より高い共振周波数の振幅をフィードバックとして使用し、そして基本的な振幅および段階を運ぶことはまた興味深い結果をもたらすことができます。 エラーシグナルがまた安定したイメージ投射を可能にしたように振幅すべての合計。

この測定の興味深い機能は信号処理が各々の flexural モードのための同じ片持梁偏向のデータ・ストリームで行うことができることです。 デジタル lockin の実施、例えば、これによって同じが敏感な探知器を置く個別の共振周波数に関する情報を得るのにアナログ・ディジタル変換器が (高次モードのための十分な帯域幅がある限り) 使用することができることを意味し。

二頂画像の例

グラファイト

図 4 は非常に方向づけられた pyrolitic グラファイトの表面でなされる 30µm の画像を (HOPG)示します。 片持梁はオリンパスからのケイ素 AC-240 の片持梁でした。 それは基本的な、 (f~69.5kHz、 A~8nm)1 二番目に1共振周波数 (f~405kHz、 A~8nm) で2運転されました。 重要な相違は同じような片持梁イメージ投射のためにグラファイトの表面観察されませんでした。 Z フィードバックのループはエラーシグナルとして基本的な振幅1 A を使用して作動しました。 地形 (a) は単一か多重原子ステップで分かれている期待された台地を示します。 最初のモードの振幅 (b) チャネルは地形の高域通過フィルタに掛けられた画像に類似しています。 基本的な段階の画像 (c) は片持梁が冷淡なモードに一貫してあったことを意味する ~34° および少しだけ変化 (≤1° の標準偏差) の平均位相遅れを示します。 再度、基本的な段階の画像に少しだけ対照があります。 しかし A の第 2 モードの振幅が先端サンプル相互作用によって、どこに減ったか第 2 モードの振幅の2画像 (d) に広いパッチありま領域にの重要な対照が、示します。 された表面 (e) に」塗られる第 2 共振周波数の振幅 (d) 「の表面の地形 (a) の三次元レンダリングはハイコントラストの第 2 モードデータが地形に関連するようにします。 (e) がそれを明確にそこにである相関関係の高度させるが、また地勢機能への接続がないようである第 2 モードの振幅に境界があります。

異なったイメージ投射モード (上) およびオーバーレイをされた二頂二重 AC 第 2 モードの振幅を示す AFM の図 4. グラファイトの画像 A-D は地形 (底)、 30µm スキャンをしました。

液体の DNA

二頂二重 AC イメージ投射はまた液体の AM-AFM イメージ投射のためによく働きます。 高密度Λダイジェストのデオキシリボ核酸 (DNA) のサンプルは新たに裂かれた雲母の密なマットで準備されました。 図 5 は基本的な共鳴 (f~8.5kHz、 A~8nm) と DNA の緩衝液の第 2 モード (1f~55kHz、1 A~5nm) で運転される液体でオリンパスの2 60µm 長い2生物レバーの応答を示します。 地形 (a) は目に見える DNA の明確な繊維無しで表面の材料の密なマットを示します。 同様に、基本的な振幅 (b) のフィードバックのエラーシグナルに使用するチャネルは特定の構造を示しません。 基本的な段階チャネル (c) は背景と DNA の分子の繊維であることのヒントを示す構造間の微妙な対照を示します。 第 2 モードの振幅 (d) は、同じ DNA の繊維のハイコントラストの画像明らかに示します。 繊維は高められた消滅に相当して暗い、ようです。 これはより少なくサンプルに区切られる DNA の繊維に一貫してわずかにこうして第 2 共振周波数エネルギーの一部を吸収することできる。 再度、 3 つの次元の地形をし、上 (e) の第 2 モードの振幅を塗ることは空間的に関連するべき地形および第 2 モードの振幅を割り当てました。

図 5. (a) 地形、 (b) 基本的な振幅、 (c) 基本的な段階、 (d) DNA の二頂二重 AC 第 2 モードの振幅、 750nm スキャン。 (e) された AFM の地形でオーバーレイをされる第 2 モードの振幅データ。

結論

2 つの頻度の片持梁応答の測定によって、相違を見ることは可能です例えば、段階は基本的な駆動機構の頻度と高次モード駆動機構の頻度で信号を送ります。 将来これはサンプルの頻度依存した機械特性の抽出と助けるかもしれません。 重要な対照の相違は冷淡なモード AM-AFM の片持梁のの作動によって flexural 共鳴の以上 1 観察することができます。 研究が続くと同時に、私達は絶えず二頂二重 AC についての詳細を学んでいます。 この技術の最新の発見そしてアプリケーションについて学ぶために保護所の研究に連絡して下さい。

ソース: 二頂二重 AC™イメージ投射
参照の完全セットは原書類を示すことによって見つけることができます
このソースのより多くの情報のために保護所の研究を訪問して下さい

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

Last Update: 13. June 2013 18:00

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