Bimodale Dubbele AC Weergave van het Onderzoek van het Asiel

Besproken Onderwerpen

Achtergrond
Bimodale Dubbele AC weergave-hoe het Werkt
Terugkoppeling
De Bimodale Voorbeelden van het Beeld
Grafiet
DNA in Vloeistof
Conclusie

Achtergrond

De Dubbele AC weergave omvat een grote verscheidenheid van technieken. Wij hebben deze diverse weergavetechnieken opgesplitst de wijze voor verschillende toepassingen specifiek om te beschrijven. Lijst 1 verklaart de diverse Dubbele AC technieken samen met de mfp-3D softwaremontages nodig voor weergave. Voor deze toepassingsnota, slechts zal de bimodale Dubbele AC weergave worden besproken.

 

 

Mfp-3D de Montages van de Software

Techniek

Beschrijving

Frequentie 1 f1

Frequentie 2 f2

Aandrijving 1-2

Wijze: Aandrijving

Bimodaal

Drijf de 1st en 2de resonantie.

Bij of dichtbij fundamentele resonantie

Bij of dichtbij 2de resonantie

Op-op

Dubbele AC: Schok

MFM

Bimodaal met speciale werkende parameters en een magnetische cantilever.

Bij of dichtbij fundamentele resonantie

Bij of dichtbij 2de resonantie

Op-op

Dubbele AC: Schok

Bimodaal Passief

Gelijkaardig tot bimodaal, maar de 2de resonantie slechts wordt gecontroleerd, niet gedreven.

Bij of dichtbij fundamentele resonantie

Bij of dichtbij 2de resonantie

Aan-uit-

Dubbele AC: Schok

Actieve boventoon

Gelijkaardig tot bimodaal, maar een hogere gedreven boventoon.

Bij of dichtbij fundamentele resonantie

f2=Nxf1 waar N een geheel is

Op-op

Dubbele AC: Schok

Passieve boventoon

De Hogere boventoon wordt eenvoudig gecontroleerd, niet gedreven.

Bij of dichtbij fundamentele resonantie

f2=Nxf1 waar N een geheel is

Aan-uit-

Dubbele AC: Schok

DFRT

Door bij één frequentie onder resonantie (A1) en een andere hierboven te drijven (A2), geeft a2-A1 een foutensignaal wij kunnen gebruiken om de veranderingen van de resonantiefrequentie te volgen.

Lichtjes onder fundamentele resonantie (A~Amax/2)

Lichtjes boven fundamentele resonantie (A~Amax/2)

Op-op

Dubbele Te Schudden AC

Dfrt-PFM

Piezo techniek die van de Microscopie van de Kracht van de Reactie bovengenoemd gebruiken.

Lichtjes onder fundamentele resonantie (A~Amax/2)

Lichtjes boven fundamentele resonantie (A~Amax/2)

Op-op

PFM: Dubbele AC aan Spaander

Bimodale Dubbele AC weergave-hoe het Werkt

De Bimodale Dubbele AC weergave haalt voordeel uit de flexibiliteit en de macht van de digitaal signaalverwerking binnen het mfp-3D AFM systeemcontrolemechanisme. Het idee achter dit is eenvoudig. De Cantilevers zijn uitgebreide mechanische voorwerpen en hebben vele verschillende flexural resonerende frequenties. In Het Verleden, AC hebben de atoomkrachtmicroscopen typisch één van die wijzen, gewoonlijk de laagste frequentie, of „fundamentele“ wijze opgewekt en dan de omvang of de frequentie van die wijze gebruikt aangezien de input voor systeem terugkoppelt dat de uiteinde-steekproef scheiding controleert. Wanneer de omvang van de fundamentele motie wordt gebruikt, is de term „Omvang Gemoduleerde AFM“ (-AFM) aangewend.

Figuur 1. Bimodale Dubbele die AC tweede wijzeomvang op teruggegeven topografie AFM (bovenkant) wordt bedekt en fundamenteel die fasebeeld op topografie (bodem) wordt bedekt van brandingswas met meerdere componenten. Merk het hoge contrast zichtbaar in het bimodale Dubbele AC beeld en het relatieve gebrek aan contrast in de fundamentele fase op. 4µm aftasten.

Een geplukt gitaarkoord heeft hogere flexural resonanties die harmonisch zijn, betekenend dat als de fundamentele wijze bij een frequentie F is0, de volgende resonantie bij 2f is0, is volgende etc. bij0 3f. Voor alles behalve zeer een paar zeer gespecialiseerde types, zijn de cantilever resonerende frequenties niet harmonisch. Het Uiteinde en Jaschke evenals Sarid geven aardige overzichten van cantileverwerktuigkundigen. Figuur 2 geeft de theoretische resonerende frequenties voor duikplank gevormde cantilevers voor de eerste resonerende frequenties. De gemeten resonerende frequenties voor twee representatieve cantilevers, de bio-Hefboom Olympus ac-240 (voor luchtweergave) en Olympus (voor vloeibare weergave) zijn ook vermeld.

Figuur 2. De Theoretische resonerende frequenties van duikplank vormden cantilevers in termen van fundamenteel, w1, evenals de resonerende frequenties voor Olympus AC240 en bio-Hefbomen. In deze gevallen, gaan de theoretische voorspellingen typisch met de gemeten resultaten aan goed binnen 10% akkoord.

Één van de eenvoudigste methodes om het effect van hogere wijzen te bekijken moet hen drijven die direct, de zelfde machinesopstelling gebruiken zoals dat gebruikt in AC weergave. Zoals met AC weergave die de eerste resonerende die frequentie gebruiken, wordt de omvang van de cantilever bij de aandrijvingsfrequentie wordt gemeten gebruikt aangezien het foutensignaal in lijn terugkoppelt. Grimmig et. al. nam verbeterd fasecontrast op een steekproef waar gebruikend de derde resonerende frequentie van een driehoekige cantilever. Crittenden et al. ook gebruikend hogere boventonen voor weergave hebben onderzocht omdat de reactie van de hogere boventonen scherper is dan de reactie van de fundamentele resonantie.

Als de periodieke walgelijke interactie tussen het uiteinde en de steekproef niet-lineair zijn, zullen zij motie in hogere boventonen koppelen. Dit kan informatie over de mechanische eigenschappen van de steekproef verstrekken. Tijdens één enkele -AFM trillingscyclus, de uiteinde typisch steekproeven een waaier van krachten, van de lange waaier aantrekkelijk aan walgelijk op korte termijn. Als het uiteinde met de korte uitgestrekte afstotingskrachten in wisselwerking staat, kan de informatie over de mechanische eigenschappen van de steekproef worden verkregen.

Voor de enige weergave van de schommelingswijze, als de faseverschuiving positief is, is het gebruikelijk om naar de weergavewijze als „netto aantrekkelijk“ te verwijzen of eenvoudig „aantrekkelijk“. Als de faseverschuiving negatief is, wordt de wijze doorverwezen naar „walgelijk“. Onlangs, publiceerden Rodriguez en Garcia een theoretische simulatie van een niet-contact, aantrekkelijke wijzetechniek waar de cantilever bij zijn twee laagste resonerende frequenties werd gedreven. In hun simulaties, merkten zij op dat de fase van de tweede wijze een sterke afhankelijkheid van Hamaker constant van het materiaal had die imaged zijn, implicerend dat deze techniek zou kunnen worden gebruikt om chemische informatie over de oppervlakten te halen die imaged zijn. Ander werk door de Groep van Garcia heeft ook aangetoond dat de samenstellingsgevoeligheid van een AFM door de gelijktijdige opwinding van zijn eerste twee normale resonerende frequenties 1-2 wordt verbeterd.

Figuur 3 toont het basisidee van bimodale Dubbele AC weergavewijze typisch gebruikend twee niet harmonische resonerende frequenties van een cantilever. De cantilever wordt gedreven met een lineaire combinatie sinusoïdale voltages, bij of dichtbij de resonerende frequenties, f1 en f2. Dit signaal wordt gebruikt om de basis van een cantilever met een „piezo schok“ te drijven. De hier gemelde experimenten werden herhaald met een magnetisch geactiveerde cantilever met gelijkaardige resultaten. Men verwacht dat andere aandrijvingsmethodes waar twee aandrijvingsgolfvormen kunnen worden opgeteld efficiënt zullen blijken. De resulterende motie van de cantilever wordt gemeten met een positiesensor. Dit signaal wordt beurtelings gebruikt aangezien de input voor twee slot-in versterkers scheidt, waar de functiegenerator F1 als verwijzing voor één lockin wordt gebruikt en F2 als verwijzing voor andere wordt gebruikt. De output van de lockinversterkers, met inbegrip van de Cartesiaanse in-phase en kwadratuurparen (x1, y1, x2, y2) en de polaire omvang en fase (A1, Ø1, A2, Ø2) vertegenwoordiging van de cantilevermotie bij de twee of meer frequenties kan dan aan het controlemechanisme worden doorgegeven waar zij kunnen worden getoond, gespaard, gecombineerd met andere signalen, en binnen gebruikt lijnen terugkoppel.

Figuur 3. In bimodale Dubbele AC, wordt de cantilever zowel gedreven als bij twee (of meer) frequenties gemeten. Het sinusoïdale „schok“ voltage is een som voltages bij frequenties F1 en f.2 De cantileverafbuiging bevat dan informatie bij allebei van die frequenties, zoals aangetoond in de rode kromme. De omvang en de fase bij de twee frequenties worden dan gescheiden opnieuw door twee lockins en aan het controlemechanisme doorgegeven. Het controlemechanisme kan één gebruiken of allebei van de resonerende frequenties om in werking te stellen koppelen lijn terug.

Terugkoppeling

Zoals met conventionele AC weergave, wordt de omvang van de cantilever gebruikt aangezien foutensignaal terugkoppel. Er is hier een verschil, echter, aangezien er twee omvang - één bij elke aandrijvingsfrequentie is. De aanvankelijke resultaten stellen wij gebruik voor de omvang van de fundamentele frequentie A1 aangezien foutensignaal en fundamentele fase Ø,1 de tweede resonerende frequentieomvang A en2 fase Ø zoals2 „dragen-langs“ signalen terugkoppel. Het Omkeren van dit en het gebruiken van de hogere resonerende frequentieomvang als koppelen terug en het dragen van de fundamentele omvang en de fase kan interesserende resultaten ook opleveren. De som alle omvang als foutensignaal stond ook stabiele weergave toe.

Een interessante eigenschap van deze meting is dat de signaalverwerking op de zelfde de gegevensstroom van de cantileverafbuiging voor elke flexural wijze kan worden uitgevoerd. Met een digitale lockinimplementatie, bijvoorbeeld, impliceert dit dat de zelfde positie gevoelige detector en het analogon aan digitale convertor (zolang het voldoende bandbreedte voor de hogere wijze) heeft kunnen worden gebruikt om informatie betreffende de verschillende resonerende frequenties te halen.

De Bimodale Voorbeelden van het Beeld

Grafiet

Figuur 4 toont een 30µm beeld op een hoogst georiënteerde pyrolitic grafietoppervlakte (HOPG) wordt gemaakt die. De cantilever was een silicium ac-240 cantilever van Olympus. Het werd gedreven bij de fundamentele (f~69.5kHz1, A~8nm1) en tweede resonerende frequentie (f~405kHz2, A~8nm2). Geen significante verschillen werden waargenomen voor gelijkaardige cantileversweergave de grafietoppervlakte. Z-Koppel lijn terug werd gewerkt gebruikend de fundamentele omvang A1 als foutensignaal. De topografie (a) toont de verwachte die terrassen door enige of veelvoudige atoomstappen worden gescheiden. Het eerste kanaal van de wijzeomvang (b) lijkt op een high-pass gefiltreerd beeld van de topografie. Het fundamentele fasebeeld (c) toont een gemiddelde fasevertraging van ~34° en zeer weinig variatie (standaardafwijking ≤1°), implicerend dat de cantilever constant op walgelijke wijze was. Opnieuw, is er zeer weinig contrast in het fundamentele fasebeeld. Het tweede beeld van de wijzeomvang (d) heeft nochtans significant contrast, met brede flarden die gebieden tonen waar A2, de tweede wijzeomvang, door uiteinde-steekproef interactie werd verminderd. Het driedimensionele teruggeven van de oppervlaktetopografie (a) met de tweede resonerende die frequentieomvang (d) op de teruggegeven oppervlakte (e) „wordt geschilderd“ laat het hoge gegeven van de contrast tweede wijze toe om met de topografie worden gecorreleerd. Hoewel (e) het duidelijk maakt is er een hoge graad van correlatie, zijn er ook grenzen in de tweede wijzeomvang die schijnen om geen aansluting aan topografische eigenschappen te hebben.

Figuur 4. De Grafiet beeldenADVERTENTIE die verschillende weergavewijzen (bovenkant) tonen en bimodale Dubbele die AC tweede wijzeomvang op AFM wordt gaf topografie (bodem) bedekt terug, 30µm aftasten.

DNA in Vloeistof

De Bimodale Dubbele AC weergave werkt ook goed voor weergave -AFM in vloeistoffen. Een hoogte - dichtheids de λ-Samenvatting deoxyribonucleic zure (DNA) steekproef werd voorbereid in een dichte mat op vers gespleten mica. Figuur 5 toont de reactie van een 60µm lange bio-Hefboom Olympus in vloeistof die bij zijn fundamentele resonantie (f~8.5kHz,1 A~8nm)1 worden gedreven en bij zijn tweede wijze (f~55kHz2, A~5nm2) in de bufferoplossing van DNA. De topografie (a) toont een dichte mat van materiaal op de oppervlakte zonder duidelijke zichtbare bundels van DNA. Op Dezelfde Manier koppelt de fundamentele die omvang (b), het kanaal voor wordt gebruikt foutensignaal terug, toont geen bepaalde structuur. Het fundamentele fasekanaal (c) toont subtiel contrast tussen de achtergrond en een structuur die wenken van het zijn bundels van de molecules van DNA toont. De tweede wijzeomvang (d) toont duidelijke, hoge contrastbeelden van de zelfde bundels van DNA. De bundels lijken donker, beantwoordend aan een verhoogde dissipatie. Dit is verenigbaar met de bundels die van DNA lichtjes minder verbindend aan de steekproef en zo bekwaam om enkele tweede resonerende frequentieenergie te absorberen zijn. Opnieuw, lieten het teruggeven van de topografie in drie afmetingen en het schilderen van de tweede wijzeomvang op hoogste (e) de topografie en de tweede wijzeomvang toe om ruimte worden gecorreleerd.

Figuur 5. (a) topografie, (b) fundamentele omvang, (c) fundamentele fase, (d) bimodale Dubbele AC tweede wijzeomvang van DNA, 750nm aftasten. (e) het Tweede bedekte gegeven van de wijzeomvang over teruggegeven topografie AFM.

Conclusie

Door de cantileverreactie bij twee verschillende frequenties te meten, is het mogelijk om het verschil in, bijvoorbeeld, de fasesignalen bij de fundamentele aandrijvingsfrequentie en bij een hogere frequentie van de wijzeaandrijving te bekijken. In de toekomst kan dit met het halen van frequency-dependent mechanische eigenschappen van de steekproef helpen. De Significante contrastverschillen kunnen worden waargenomen door een walgelijke wijze -AFM cantilever bij meer dan één van zijn flexural resonanties in werking te stellen. Aangezien het onderzoek verdergaat, leren wij constant meer over Bimodale Dubbele AC. Het Onderzoek van het Asiel van het Contact over de recentste ontdekkingen en de toepassingen op deze techniek te leren.

Bron: Bimodale Dubbele Weergave AC™
Een volledige reeks verwijzingen kan worden gevonden door naar het brondocument te verwijzen
Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve het Onderzoek van het Asiel

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

Last Update: 13. June 2013 17:43

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit