Fundamentales de la Microscopia Atómica del Modo de Contacto y de la Fuerza de TappingMode

Por AZoNano

Índice

Introducción
Modo de Contacto AFM
TappingMode AFM
Sobre Bruker

Introducción

La microscopia Atómica de la fuerza (AFM) es una técnica usada para caracterizar superficies en extremadamente de alta resolución. Una antena sostenida se trae en gran proximidad con la muestra ser analizada. La Antena y la muestra entonces se mueven en relación con uno a en un modelo del retículo, y una cantidad se mide en una moda serial en las ubicaciones discretas (pixeles). El Cuadro 1 muestra un diagrama esquemático de una antena en un sistema del AFM.

Cuadro 1. Diagrama Esquemático del ensamblaje de la voladizo-punta usado en un AFM.

Las acciones recíprocas entre la punta y la superficie de la muestra son medidas vigilando la dislocación del extremo libre del voladizo asociado. Hay varios esquemas para lograr esto. El extremo fijo del voladizo puede ser o estática montada o en un pequeño actuador para activar modos dinámicos de la proyección de imagen. El voladizo/la antena es parte de un sistema de votos a circuito cerrado clásico modificado durante su operación (véase el cuadro 2).

Cuadro 2. Bloque Diagrama del bucle de retroalimentación que controla la fuerza de la acción recíproca en un AFM.

La acción recíproca de la punta-muestra medida a través del sensor voladizo de la dislocación es la dispersión externa. La magnitud es determinada por la entrada de información del utilizador, el valor setpoint. En el AFM convencional el setpoint representa la fuerza de la proyección de imagen. El setpoint deseada es observada tramitando la señal resultante del desvío (o la diferencia entre el valor setpoint y real) por un controlador aéreo (PID) del feedback del proporcional-integral-diferencial que impulse el z-piezoeléctrico para disminuir la señal del desvío.

Modo de Contacto AFM

El modo de Contacto es no sólo el modo más fácil del AFM a entender pero también la base fundamental de modos adicionales como Modo de la Capacitancia de la Exploración (SCM), Modo de la Resistencia Que Se Extiende de la Exploración (SSRM), Etc. Un voladizo típico del AFM se muestra en el cuadro 3.

Cuadro 3. Desviación de un voladizo causado por las fuerzas de la punta-muestra

El pequeño movimiento (angular) de la palanca es medido común por un de rayo láser que se refleje del voladizo y se dirija sobre un fotodetector de la hendidura, tal y como se muestra en del cuadro 4.

Cuadro 4. Diagrama Esquemático de la fuente de luz, del voladizo, y del detector de foto que vuelve a montar los componentes básicos del sistema de detección del AFM de la luz-palanca.

La curva de la fuerza-distancia es una operación básica del AFM para explicar modo de contacto. Un diagrama esquemático de una curva de la fuerza se representa en el cuadro 5.

Cuadro 5. curva de la distancia de la Fuerza. La aproximación (roja) y se repliega curvas (del azul) se muestra a la derecha. Observe que la fuerza total del contacto es relacionada en la adherencia así como la carga aplicada.

Las curvas de la Fuerza en ellos mismos revelan una variedad de propiedades de la muestra, tales como adherencia y concordancia. El modo de la proyección de imagen del fuerza-volumen se basa en el análisis del pixel-por-pixel de las curvas de la fuerza. Pero no es a menudo usado debido a su despacio. El más de uso común de las curvas de la fuerza está conjuntamente con formularios uces de los de la proyección de imagen de SPM en una moda del “punta-y-lanzamiento”.

Custodia del constante setpoint mientras que se realizan las exploraciones de retículo la punta y la muestra en relación con, la proyección de imagen del modo de contacto. La desventaja aquí es la fuerza lateral ejercida en la muestra puede ser muy alta. Esto puede dar lugar a daño de la muestra o al movimiento de objetos relativamente suelto asociados. Una solución a ese problema era oscilar el voladizo durante la proyección de imagen, que llevó a la Proyección De Imagen de TappingMode.

TappingMode AFM

El problema del tener fuerzas alto-laterales entre el voladizo y la resolución lateral muy alta de la superficie se puede resolver teniendo el tacto de la punta la superficie solamente por poco tiempo, así evitando la aplicación fuerzas laterales y resistencia aerodinámica a través de la superficie. Este modo por lo tanto fue referido como TappingMode AFM.

Una curva de reacción típica de un voladizo se muestra en el cuadro 6. que la operación Típica de TappingMode se realiza usando la detección de la modulación de amplitud con a bloqueo-en el amplificador.

Cuadro 6. curva de la Resonancia de un voladizo de TappingMode encima y cerca de la superficie. Observe que la resonancia se desvía para bajar frecuencias y exhibe una caída en amplitud.

La fuerza Directa no se mide en TappingMode. La curva mostrada en el cuadro 7 es construida agregando las fuerzas atractivas repulsivas y de largo alcance de corto alcance.

Cuadro 7. curva de la Fuerza que destaca el movimiento de un voladizo oscilante en TappingMode.

La curva de la fuerza o las fuerzas directas entre la punta y la muestra no es medida real por el TappingMode AFM mientras que experimenta las acciones recíprocas. El TappingMode AFM oscila de adelante hacia atrás en esta curva, obrando recíprocamente sin estar en el mando directo de la fuerza y solamente de una reacción media de muchas acciones recíprocas aunque bloqueo-en el amplificador está señalado.

La reducción de la amplitud voladiza puede ser medida cuando la punta y la muestra se acercan. Aunque esto no es perjudicial, restringe la información más allá de la topografía de la muestra que se puede ganar y destinar inequívoco a cierta propiedad de la muestra.

La situación intrínsecamente inestable del feedback en la operación de TappingMode hace difícil automatizar algunos de los ajustes de la exploración. Las Fuerzas pueden variar al ir lejos de una situación de estado estacionario. Cuanto más alta es la amplitud de la punta, más alta es la energía salvada en la palanca y en las fuerzas de la proyección de imagen. Cambie debido a los cambios de temperatura y/o los niveles flúidos cambian influencias la operación en líquidos.

Es esencial ajustar el sistema de votos para lograr la información segura del AFM. Una exploración del modo de contacto se puede controlar más fácilmente que una exploración de TappingMode pues TappingMode tiene sistema oscilante complejo.

Mientras Que se han hecho las últimas tentativas de ajustar parámetros de la proyección de imagen automáticamente en TappingMode, hay el no otro método probado para el rango amplio de las muestras estudiadas común con AFMs porque el TappingMode operatorio en la frecuencia resonante voladiza, donde están relativamente complicadas las dinámicas voladizas.

Las dinámicas que golpean ligeramente dependen en gran medida de las propiedades de la muestra. La oscilación del Feedback para la parte dura de la muestra se puede también causar por un bucle de retroalimentación bien-sintonizado de la parte suave de la muestra pues la optimización de los parámetros para cada parte de la muestra es muy difícil. Por Otra Parte, el constante de tiempo largo (milisegundos) de la resonancia voladiza también previene la optimización instantánea en cada punta de la proyección de imagen. El mando de fuerza directo de la proyección de imagen del modo de contacto y la información así adicional disponible se pierden en TappingMode. TappingMode, sin embargo, ofrece la ventaja innegable de la proyección de imagen de la fuerza lateral libremente, que le ha hecho el modo dominante de la proyección de imagen en el AFM hasta la fecha.

Sobre Bruker

Las Superficies Nanas de Bruker proporcionan a los productos Atómicos del Microscopio de la Fuerza/del Microscopio de la Antena de la Exploración (AFM/SPM) que se destacan de otros sistemas disponibles en el comercio para su diseño y facilidad de empleo robustos, mientras que mantiene el más de alta resolución. La carga de medición de NANOS, que es parte de todos nuestros instrumentos, emplea un interferómetro fibroóptico único para medir la desviación voladiza, que hace el compacto del ajuste tan que es no más grande que un objetivo estándar del microscopio de la investigación.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por las Superficies Nanas de Bruker.

Para más información sobre esta fuente, visite por favor las Superficies Nanas de Bruker.

Date Added: May 18, 2012 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:29

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