Principes de Microscopie Atomique de Mode de Contact et de Force de TappingMode

Par AZoNano

Table des matières

Introduction
Mode de Contact AFM
TappingMode AFM
Au Sujet de Bruker

Introduction

La microscopie Atomique de force (AFM) est une technique employée pour caractériser des surfaces extrêmement à de haute résolution. Une sonde tranchante est introduite dans la grande proximité avec l'échantillon s'analyser. La Sonde et l'échantillon sont alors déménagés relativement à l'un l'autre dans une configuration de trame, et une quantité est mesurée d'une mode séquentielle aux emplacements discrets (pixels). Le Schéma 1 affiche un schéma d'une sonde dans un système d'AFM.

Le Schéma 1. Schéma de l'assemblage d'en porte-à-faux-extrémité utilisé dans un AFM.

Les interactions entre l'extrémité et la surface témoin sont mesurées en surveillant le déplacement de l'extrémité libre de l'encorbellement joint. Il y a plusieurs plans pour accomplir ceci. L'extrémité fixe de l'encorbellement peut être ou charge statique montée ou sur un petit déclencheur pour activer des modes dynamiques de représentation. L'en porte-à-faux/sonde fait partie d'un système de contrôle par retour de l'information en boucle bloquée classique modifié pendant son fonctionnement (voir le schéma 2).

Le Schéma 2. schéma fonctionnel De la boucle de contre-réaction réglant la force d'interaction dans un AFM.

L'interaction d'extrémité-échantillon mesurée par le senseur en porte-à-faux de déplacement est le bruit externe. La grandeur est déterminée par la puissance d'entrée d'utilisateur, la valeur de point de consigne. Dans l'AFM conventionnel le de point de consigne représente la force de représentation. Le de point de consigne désiré est réalisé en traitant le signe donnant droit d'erreur (ou la différence entre la valeur de point de consigne et réelle) par un Contrôleur (PID) de contrôle par retour de l'information de proportionnel-intégrale-différentiel qui pilote le z-piézo-électrique pour réduire à un minimum le signe d'erreur.

Mode de Contact AFM

Le mode de Contact est non seulement le mode d'AFM le plus facile à comprendre mais également la base principale des modes supplémentaires en tant que le Mode de Capacité de Lecture (SCM), le Mode de Résistance de Propagation de Lecture (SSRM), Etc. Un encorbellement typique d'AFM est affiché sur le schéma 3.

Le Schéma 3. Fléchissement d'un encorbellement provoqué par des forces d'extrémité-échantillon

Le petit mouvement (angulaire) de la manette est généralement mesuré par un faisceau laser qui est réfléchi hors de l'encorbellement et dirigé sur un détecteur photoélectrique de fractionnement, suivant les indications du schéma 4.

Le Schéma 4. Schéma de la source lumineuse, de l'encorbellement, et du détecteur de photo rassemblant les composantes de base du système de dépistage d'AFM de lumière-manette.

La courbure de force-distance est un fonctionnement de base d'AFM pour expliquer le mode de contact. Un schéma d'une courbure de force est dépeint sur le schéma 5.

Le Schéma 5. courbure de distance de Force. L'élan (rouge) et retirent des courbures (de bleu) sont affichés du côté droit. Notez que toute la force de contact est à la charge de l'adhérence ainsi que de la charge appliquée.

Les courbures de Force dans elles-mêmes indiquent un grand choix de propriétés témoin, telles que l'adhérence et la conformité. Le mode de représentation de force-volume est basé sur l'analyse de pixel-par-pixel des courbures de force. Mais il n'est pas souvent dû utilisé à sa vitesse lente. Le plus d'usage commun des courbures de force est en combination avec les formes l'unes des de la représentation de SPM d'une mode « automatique ».

Maintenir la constante de point de consigne tandis que des balayages par ligne l'extrémité et l'échantillon relatifs, la représentation de mode de contact est exécutés. L'inconvénient ici est la force transversale exercée sur l'échantillon peut être tout à fait élevé. Ceci peut avoir comme conséquence les dégâts d'échantillon ou le mouvement des objectifs relativement desserré joints. Une solution à ce problème était d'osciller l'encorbellement pendant la représentation, qui a mené à la Représentation de TappingMode.

TappingMode AFM

Le problème de avoir les forces haut-transversales entre l'encorbellement et la définition transversale très élevée de surface peut être résolu en ayant le contact d'extrémité la surface seulement pendant une courte période, de ce fait évitant la question des forces transversales et du frottement en travers de la surface. Ce mode par conséquent désigné sous le nom de TappingMode AFM.

Une courbure de réaction typique d'un encorbellement est affichée sur le schéma 6. le fonctionnement que Particulier de TappingMode est effectué utilisant le dépistage de modulation d'amplitude avec a verrou-dans l'amplificateur.

Le Schéma 6. courbure de Résonance d'un encorbellement de TappingMode au-dessus et près de la surface. Notez que la résonance change de vitesse pour abaisser des fréquences et montre une goutte dans l'amplitude.

La force Directe n'est pas mesurée dans TappingMode. La courbure représentée sur le schéma 7 est construite en ajoutant les forces attrayantes répulsives et à longue portée à courte portée.

Le Schéma 7. courbure de Force mettant en valeur le mouvement d'un encorbellement de oscillation dans TappingMode.

La courbure de force ou les forces directes entre l'extrémité et l'échantillon n'est pas mesurée réellement par le TappingMode AFM tout en remarquant les interactions. Le TappingMode AFM oscille de va-et-vient sur cette courbure, agissant l'un sur l'autre sans être dans les commandes directes de la force et seulement d'une réaction moyenne de beaucoup d'interactions bien que verrou-dans l'amplificateur soit enregistré.

La réduction d'amplitude en porte-à-faux peut être mesurée quand l'extrémité et l'échantillon s'approchent. Bien Que ce ne porte pas préjudice, il limite l'information au delà de la topographie d'échantillon qui peut être gagnée et sans ambiguïté attribuée à une certaine propriété témoin.

La situation par nature instable de contrôle par retour de l'information dans le fonctionnement de TappingMode le rend difficile d'automatiser certains des réglages d'échographie. Les Forces peuvent varier en allant à partir d'une situation équilibrée. Plus l'amplitude d'extrémité est élevée, plus l'énergie enregistrée dans la manette et dans les forces de représentation est élevée. Dérivez en raison des changements de température et/ou les niveaux du fluide changent des affects le fonctionnement en liquide.

Il est essentiel de régler le système de contrôle par retour de l'information pour réaliser l'information fiable de l'AFM. Une échographie de mode de contact peut plus facilement être réglée qu'une échographie de TappingMode car TappingMode a le système de oscillation complexe.

Tandis Que des tentatives antérieures ont été effectuées de régler des paramètres de représentation automatiquement dans TappingMode, il n'y a la pas autre méthode prouvée pour la large gamme d'échantillons généralement étudiés avec AFMs parce que le TappingMode fonctionne à la fréquence de résonance en porte-à-faux, où la dynamique en porte-à-faux sont relativement compliquée.

La dynamique de filetage dépendent fortement des propriétés témoin. La vibration de Contrôle Par Retour De L'information pour la partie dure de l'échantillon peut également être provoquée par une boucle de contre-réaction bien-ajustée de la partie molle de l'échantillon car l'optimisation des paramètres pour chaque partie de l'échantillon est très difficile. D'ailleurs, la constante de long temps (millisecondes) de la résonance en porte-à-faux évite également l'optimisation instantanée à chaque remarque de représentation. Le contrôle de force direct de la représentation de mode de contact et les informations disponibles ajoutées ainsi sont détruits dans TappingMode. TappingMode, cependant, offre l'avantage indéniable de la représentation de force transversale librement, qui lui a effectué jusqu'à présent le mode dominant de représentation dans l'AFM.

Au Sujet de Bruker

Les Surfaces Nanoes de Bruker fournit les produits Atomiques de Microscope de Force/de Microscope Sonde de Lecture (AFM/SPM) qui restent à l'extérieur d'autres systèmes disponibles dans le commerce pour leur design et facilité d'utilisation robustes, tout en mettant à jour le plus de haute résolution. Le chef de mesure de NANOS, qui fait partie de tous nos instruments, utilise un seul interféromètre fibreoptique pour mesurer le fléchissement en porte-à-faux, qui effectue le contrat d'installation ainsi qu'il n'est pas plus grand qu'un objectif normal de microscope de recherches.

Cette information a été originaire, révisée et adaptée des matériaux fournis par des Surfaces de Nano de Bruker.

Pour plus d'informations sur cette source, visitez s'il vous plaît les Surfaces de Nano de Bruker.

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

Last Update: 23. January 2014 11:09

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