Двухмодовое Двойное Воображение AC от Исследования Убежища

Покрытые Темы

Предпосылка
Двухмодовый Двойной AC Воображени-Как он Работает
Обратная Связь
Двухмодовые Примеры Изображения
Графит
ДНА в Жидкости
Заключение

Предпосылка

Двойное воображение AC включает большое разнообразие методов. Мы сломали вниз с этих различных методов воображения специфически для того чтобы описать режим для различных применений. Таблица 1 объясняет различные Двойные методы AC вместе с необходима установками ПО MFP-3D для воображения. Для этого примечания по применению, только будет обсужено двухмодовое Двойное воображение AC.

 

 

Установки ПО MFP-3D

Метод

Описание

Частота 1 f1

Частота 2 f2

Управляйте 1-2

Режим: Привод

Двухмодово

Управляйте 1-ым и 2-ым резонансом.

При или около резонанс на основной частоте

При или около 2-ой резонанс

На-На

Двойной AC: Встряхивание

MFM

Двухмодово с специальными параметрами operating и магнитным cantilever.

При или около резонанс на основной частоте

При или около 2-ой резонанс

На-На

Двойной AC: Встряхивание

Пассивное двухмодовое

Подобно к двухмодовому, но 2-ому резонансу только контролирует, не управляется.

При или около резонанс на основной частоте

При или около 2-ой резонанс

Включеный-выключено

Двойной AC: Встряхивание

Активная гармоника

Подобно к двухмодовому, но управляемой высшей гармонике.

При или около резонанс на основной частоте

f2=Nxf1 где N интежер

На-На

Двойной AC: Встряхивание

Пассивная гармоника

Высшая гармоника просто проконтролирована, не управлена.

При или около резонанс на основной частоте

f2=Nxf1 где N интежер

Включеный-выключено

Двойной AC: Встряхивание

DFRT

Путем управлять на одной частоте под резонансом (A1) и других выше (A2), A2-A1 дает сигнал ошибки мы можем использовать для того чтобы отслеживать изменения частоты резонанса.

Немножко под резонансом на основной частоте (A~Amax/2)

Немножко над резонансом на основной частоте (A~Amax/2)

На-На

Двойной AC, котор нужно Сотрясать

DFRT-PFM

Piezo метод Микроскопии Усилия Реакции используя вышеуказанное.

Немножко под резонансом на основной частоте (A~Amax/2)

Немножко над резонансом на основной частоте (A~Amax/2)

На-На

PFM: Двойной AC к Обломоку

Двухмодовый Двойной AC Воображени-Как он Работает

Двухмодовое Двойное воображение AC принимает преимущество гибкости и силы цифровой обработки сигнала внутри регулятор системы MFP-3D AFM. Идея за этим проста. Cantilevers выдвинутые механически предметы и имеют много различных flexural резонирующих частот. В прошлом, микроскопы усилия AC атомные типично возбудили один из тех режимов, обычно самой низкой частоты, или «основного» режима и после этого использовали амплитуду или частоту того режима как входной сигнал для системы с обратной связью которая контролирует разъединение подсказк-образца. Когда амплитуда основного движения использована, была использована термина «AFM Модулируемый Амплитудой» (AM-AFM).

Диаграмма 1. Двухмодовая Двойная overlaid амплитуда режима AC 2-ого на представленной топографии AFM (верхней) и основном изображении участка overlaid на топографии (дне) поликомпонентного воска прибоя. Заметьте сверхконтрастное видимое в двухмодовом Двойном изображении AC и относительном отсутсвии контраста в основном участке. развертка 4µm.

Общипанная строка гитары имеет более высокие flexural резонансы которые гармонические, то если основной режим на частоте f, то0, следующий резонанс на 2f0, следующее на 3f0 и так далее. Для всех исклучая очень немного очень специализированных типов, консольные резонирующие частоты non-гармонические. Приклад и Jaschke так же, как Sarid дают славные просмотрения консольных механиков. Диаграмма 2 дает теоретическим резонирующим частотам для cantilevers доски подныривания сформированных для первого немногие резонирующие частоты. Измеренные резонирующие частоты для 2 репрезентивных cantilevers, Olympus AC-240 (для воображения воздуха) и Био-Рукоятки Olympus (для жидкого воображения) также перечислены.

Диаграмма 2. Теоретические резонирующие частоты доски подныривания сформировала cantilevers оперируя понятиями принципа, w1, так же, как резонирующих частот для Olympus AC240 и Био-Рукоятк. В эти случаи, теоретические прогнозы типично соглашаются с измеренными результатами до в пределах 10%.

Один из самых простых методов для смотреть влияние более высоких режимов управлять ими сразу, используя такое же машинное оборудование настроенное как то используемое в воображении AC. Как с воображением AC используя первую резонирующую частоту, амплитуда cantilever измеренного на частоте привода использована как сигнал ошибки в цепи обратной связи. Штарковско et. наблюдаемый al. увеличил контраст участка на образце используя третью резонирующую частоту триангулярного cantilever. Crittenden et al. также исследовали используя высшие гармоники для воображения потому что реакция высших гармоник остре чем реакция резонанса на основной частоте.

Если периодические отталкивающие взаимодействия между подсказкой и образцом нелинейны, то они соединят движение в высшие гармоники. Это может обеспечить информацию о механически свойствах образца. Во Время одиночного цикла AM-AFM вибрационного, подсказка типично пробует ряд усилий, от долгосрочного привлекательного к кракторейсовое отталкивающий. Если подсказка взаимодействует с короткими заколебанными отталкивающий усилиями, то информацию о механически свойствах образца можно получить.

Для одиночного воображения режима колебания, если сдвиг фазы положителен, то привычно сослаться к режиму воображения как «сетчато привлекательно» или просто «привлекательно». Если сдвиг фазы отрицательный, то режим назван «отталкивающе». Недавно, Родригес и Garcia опубликовали теоретическую имитацию внеконтактного, привлекательного метода режима куда cantilever управлялся на своих 2 самых низких резонирующих частотах. В их имитациях, они наблюдали что участок второго режима имел сильную зависимость на константе Hamaker материала imaged, подразумевая что этот метод смог быть использован для того чтобы извлечь химическую информацию о поверхностях imaged. Другая работа группой Garcia также демонстрировала что compositional чувствительность AFM увеличена одновременным возбуждением своих первых 2 нормальных резонирующих частот 1-2.

На Диаграмму 3 показано основную мысль двухмодового Двойного режима воображения AC используя 2 типично non-гармонических резонирующих частоты cantilever. Cantilever управляется с напряжениями тока линейного сочетание из синусоидальными, при или около резонирующие частоты, f1 и f2. Использован Этот сигнал управлять основанием cantilever с «встряхиванием» piezo. Эксперименты сообщенные здесь были повторены с магнитно активированным cantilever с аналогичными результатами. Предположено что другие методы возбуждения где 2 формы волны привода можно суммировать докажут как эффективно. Приводя к движение cantilever измерено с датчиком положения. Этот сигнал в свою очередь использован как входной сигнал для 2 отдельно замк-в усилителях, где функциональный генератор f1 использован по мере того как справка для одного lockin и f2 использована как справка для другого. Выход усилителей lockin, включая Декартовые пары в-участка и квадрирования (x1, y1, x2, y2) и приполюсные амплитуду и представления участка (1A,1 Ø,2 A,2 Ø) консольного движения на двух или больше частотах можно после этого пройти дальше к регулятору где их можно показать, сохранить, совместить с другими сигналами, и использовать в цепях обратной связи.

Диаграмма 3. В двухмодовом Двойном AC, cantilever и управляется и измерен на 2 (или больше) частотах. Синусоидальное напряжение тока «встряхивания» сумма напряжений тока на частотах f1 и F.2 Консольное отклонение после этого содержит информацию на обеих из тех частот, как показано в красной кривом. Амплитуда и участок на 2 частотах после этого отделены снова 2 lockins и переданы дальше к регулятору. Регулятор может использовать одну или обе из из резонирующих частот для того чтобы привестись в действие цепь обратной связи.

Обратная Связь

Как с обычным воображением AC, амплитуда cantilever использована как сигнал ошибки обратной связи. Разница здесь, однако, в виду того что 2 амплитуды - одной на каждой частоте привода. Инициал приводит к мы представляет пользе амплитуду собственной частоты A1 как сигнал ошибки обратной связи и основной участок Ø1, вторая амплитуда A резонирующей частоты2 и участок Ø2 как «носить-вдоль» сигналов. Обращать это и использование более высокой амплитуды резонирующей частоты как обратная связь и носить основные амплитуду и участок вперед могут также произвести интересные результаты. Сумма всех амплитуд по мере того как сигнал ошибки также позволил стабилизированному воображению.

Интересная характеристика этого измерения что обработку сигнала можно выполнить на таком же консольном потоке данным по отклонения для каждой моды изгибных колебаний. С цифровой вставкой lockin, например, этим подразумевает что эти же располагают чувствительный детектор и аналог к цифровому преобразователю (покуда он имеет достаточную ширину полосы частот для более высокого режима) можно использовать для того чтобы извлечь информацию относительно определенных резонирующих частот.

Двухмодовые Примеры Изображения

Графит

На Диаграмму 4 показано изображение 30µm сделанное на сильно ориентированной pyrolitic поверхности (HOPG) графита. Cantilever был cantilever кремния AC-240 от Olympus. Он управлялся на основной (f~69.5kHz1, A~8nm1) и во-вторых резонирующей частоте (f~405kHz2, A~8nm2). Никакие значительно разницы не наблюдались для подобного воображения cantilevers поверхность графита. Петля Z-Обратной Связи эксплуатировалась используя основную амплитуду A1 как сигнал ошибки. Топография (A) показывает предпологаемые террасы отделенные одиночными или множественными атомными шагами. Первый канал амплитуды режима (B) походит высокопроходное фильтрованное изображение топографии. Основное изображение участка (C) показывает среднее запаздывание участка ~34° и очень маленького изменения (отступления ≤1° стандартного), подразумевая что cantilever находился последовательно в отталкивающем режиме. Опять, очень меньший контраст в основном изображении участка. Второе изображение амплитуды режима (D) однако имеет значительно контраст, с обширными зонами заплат показывающ где A2, вторая амплитуда режима, было уменьшено взаимодействиями подсказк-образца. Трехмерный перевод поверхностной топографии (A) при вторая амплитуда резонирующей частоты (D) «покрашенная» на представленную поверхность (E) позволяет сверхконтрастным вторым данным по режима быть сопоставленным с топографией. Хотя (E) делает его ясным там высокая степень корреляции, также границы в второй амплитуде режима которые кажется, что имеют никакое соединение к топографическим характеристикам.

Диаграмма 4. изображения A-D Графита показывая различные режимы воображения (верхнюю часть) и двухмодовую Двойную overlaid амплитуду режима AC 2-ого на AFM представила топографию (дно), развертку 30µm.

ДНА в Жидкости

Двухмодовое Двойное воображение AC также работает хорошо для воображения AM-AFM в жидкостях. High-density образец дизоксирибонуклеиновой кислоты Λ-Справочника (ДНА) был подготовлен в плотной циновке на свеже ой слюде. На Диаграмму 5 показано реакцию 60µm длинней Био-Рукоятки Olympus в жидкости будучи управлянной на своем резонансе на основной частоте (f~8.5kHz1, A~8nm1) и на своем втором режиме (f~55kHz2, A~5nm2) в буфферном разрешении проблемы ДНА. Топография (A) показывает плотную циновку материала на поверхности без ясных стренг ДНА видимых. Подобно, основная амплитуда (B), канал используемый для сигнала ошибки обратной связи, не показывает никакую определенную структуру. Основной канал участка (C) показывает тонкий контраст между предпосылкой и структурой которая показывает намеки быть стренгами молекул ДНА. Вторая амплитуда режима (D) показывает ясно, сверхконтрастные изображения таких же стренг ДНА. Стренги кажутся темными, соответствие к увеличенной диссипации. Это последовательно при стренги ДНА немножко более менее будучи прыганным к образцу и таким образом способно для поглощения некоторой из второй энергии резонирующей частоты. Опять, представлять топографию в 3 размерах и красить вторую амплитуду режима на верхней части (E) позволили топографии и второй амплитуде режима пространственно, котор нужно сопоставить.

Диаграмма 5. топография (A), (B) основная амплитуда, (C) основной участок, (D) двухмодовая Двойная амплитуда ДНА, режима AC второго развертка 750nm. (E) Вторые данные по амплитуды режима overlaid на представленной топографии AFM.

Заключение

Путем измерять консольную реакцию на 2 различных частотах, возможно посмотреть разницу внутри, например, участок сигнализирует на основную частоту привода и на частоту привода более высокого режима. В будущем это может помочь с извлекать частот-зависимые механически свойства образца. Значительно разницы в контраста могут наблюдаться путем работать отталкивающий cantilever режима AM-AFM на больше чем один из своих flexural резонансов. По Мере Того Как исследование продолжается, мы постоянн учим больше о Двухмодовом Двойном AC. Контактируйте Исследование Убежища для того чтобы выучить о самых последних открытиях и применениях на этом методе.

Источник: Двухмодовое Двойное Воображение AC™
Полный набор справок может быть найден путем ссылаться к исходному документу
Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Исследование Убежища

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

Last Update: 13. June 2013 18:24

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit