Fondamenti di Microscopia Atomica di Modo di Contatto e della Forza di TappingMode

Da AZoNano

Indice

Introduzione
Modo di Contatto AFM
TappingMode AFM
Circa Bruker

Introduzione

La microscopia Atomica della forza (AFM) è una tecnica usata per caratterizzare le superfici ad estremamente di alta risoluzione. Una sonda marcata è introdotta in grande prossimità con il campione essere analizzata. La Sonda ed il campione poi sono mossi riguardante a vicenda in un reticolo del quadro televisivo e una quantità è misurata ad un modo seriale alle posizioni discrete (pixel). Figura 1 mostra un disegno schematico di una sonda in un sistema del AFM.

Figura 1. Disegno Schematico dell'assembly del a mensola-suggerimento utilizzato in un AFM.

Le interazioni fra il suggerimento e la superficie del campione sono misurate riflettendo lo spostamento dell'estremità libera della trave a mensola fissata. Ci sono parecchi schemi per compire questo. L'estremità fissa della trave a mensola può essere o elettricità statica montata o su un piccolo azionatore per permettere ai modi dinamici della rappresentazione. L'a mensola/sonda fa parte di un sistema di feedback a circuito chiuso classico modificato durante la sua operazione (si veda figura 2).

Figura schema a blocchi Di 2. del ciclo di feedback che gestisce la forza di interazione in un AFM.

L'interazione del suggerimento-campione misurata tramite il sensore a mensola di spostamento è la perturbazione esterna. La grandezza è determinata dall'input dell'utente, il valore del punto vincente. In AFM convenzionale il del punto vincente rappresenta la forza della rappresentazione. Il del punto vincente desiderato è realizzato elaborando il segnale risultante di errore (o differenza fra il valore del punto vincente e reale) da un regolatore (PID) di feedback di proporzionale-integrale-differenziale che guida il z-piezo-elettrico per minimizzare il segnale di errore.

Modo di Contatto AFM

Il modo di Contatto è non solo il modo del AFM più facile da capire ma anche la base fondamentale dei modi supplementari come il Modo di Capacità di Scansione (SCM), il Modo della Resistenza di Diffusione di Scansione (SSRM), Ecc. Una trave a mensola tipica del AFM è indicata nella figura 3.

Figura 3. Deformazione di una trave a mensola causata con le forze del suggerimento-campione

Il piccolo movimento (angolare) della leva è misurato comunemente da un raggio laser che è riflesso fuori dalla trave a mensola ed è diretto su un rivelatore fotoelettrico di spaccatura, secondo le indicazioni di figura 4.

Figura 4. Disegno Schematico della sorgente luminosa, della trave a mensola e del rivelatore di foto che riunisce le componenti di base del sistema di rilevamento del AFM della luminoso leva.

La curva di forza-distanza è un'operazione di base del AFM per spiegare il modo di contatto. Un disegno schematico di una curva della forza è descritto nella figura 5.

Figura 5. curva di distanza della Forza. L'approccio (rosso) e ritira le curve (del blu) è indicato a destra. Si Noti che la forza totale del contatto dipende dall'aderenza come pure dal caricamento applicato.

Le curve della Forza in se stessi rivelano vari beni del campione, quali aderenza e conformità. Il modo della rappresentazione del forza-volume è basato sull'analisi del pixel-da-pixel delle curve della forza. Ma non è spesso usato dovuto il suo a bassa velocità. Le curve di uso della forza più comuni è congiuntamente a c'è ne dei moduli della rappresentazione di SPM ad un modo “del punto-e-tiro„.

Conservazione della costante del punto vincente mentre le scansioni raster il suggerimento ed il campione relativi, la rappresentazione del modo di contatto è eseguita. Lo svantaggio qui è la forza laterale esercitata sul campione può essere abbastanza alto. Ciò può provocare il danno del campione o il movimento degli oggetti relativamente senza bloccare fissati. Una soluzione a quel problema era di oscillare la trave a mensola durante la rappresentazione, che piombo alla Rappresentazione di TappingMode.

TappingMode AFM

Il problema di avere forze alto-laterali fra la trave a mensola e la risoluzione laterale molto alta della superficie può essere risolto avendo il tocco del suggerimento la superficie soltanto per un breve periodo, così evitando l'emissione delle forze laterali e della resistenza attraverso la superficie. Questo modo quindi si è riferito a come TappingMode AFM.

Una curva di risposta tipica di una trave a mensola è indicata nella figura 6. che l'operazione Tipica di TappingMode è effettuata facendo uso di rilevazione di modulazione di ampiezza con la a blocco-in amplificatore.

Figura 6. curva di Risonanza di una trave a mensola di TappingMode sopra e vicino alla superficie. Si Noti che la risonanza si sposta per abbassare le frequenze ed esibisce un calo nell'ampiezza.

La forza Diretta non è misurata in TappingMode. La curva come appare figura 7 è costruita aggiungendo le forze attraenti repellenti ed a lungo raggio a corta portata.

Figura 7. curva della Forza che evidenzia il moto di una trave a mensola d'oscillazione in TappingMode.

La curva della forza o le forze dirette fra il suggerimento ed il campione realmente non è misurata dal TappingMode AFM mentre avvertono le interazioni. Il TappingMode AFM oscilla avanti e indietro su questa curva, interagente senza essere in controllo diretto della forza e soltanto di una risposta media di molte interazioni sebbene blocco-in amplificatore sia riferito.

La riduzione di ampiezza a mensola può essere misurata quando il suggerimento ed il campione si avvicinano. Sebbene questo non sia nocivo, limita le informazioni oltre la topografia del campione che può essere guadagnata e senza ambiguità essere definita ai determinati beni del campione.

La situazione inerentemente instabile di feedback nell'operazione di TappingMode lo rende difficile automatizzare alcuni degli adeguamenti di scansione. Le Forze possono variare quando va a partire da una situazione dello costante-stato. Più alta l'ampiezza del suggerimento, più alta l'energia memorizzata nella leva e nelle forze di rappresentazione. Vada Alla Deriva dovuto i mutamenti di temperatura e/o i livelli del fluido cambiano le influenze l'operazione in liquidi.

È essenziale per regolare il sistema di feedback per raggiungere le informazioni affidabili dal AFM. Una scansione del modo di contatto può essere gestita più facilmente che una scansione di TappingMode poichè TappingMode ha sistema d'oscillazione complesso.

Mentre i tentativi passati sono stati fatti di regolare automaticamente i parametri della rappresentazione in TappingMode, c'è il non altro metodo provato per il vasto intervallo dei campioni studiati comunemente con AFMs perché il TappingMode funziona a frequenza di risonanza a mensola, dove la dinamica a mensola è relativamente complicata.

La dinamica di spillatura dipende forte dai beni del campione. L'oscillazione di Feedback per la parte dura del campione può anche essere causata da un ciclo di feedback ben-sintonizzato della parte molle del campione poichè l'ottimizzazione dei parametri per ogni parte del campione è molto difficile. Inoltre, la costante di molto tempo (millisecondi) della risonanza a mensola egualmente impedisce l'ottimizzazione istantanea ad ogni punto della rappresentazione. Il controllo di forza diretto della rappresentazione del modo di contatto e l'informazione disponibile così aggiunta sono persi in TappingMode. TappingMode, tuttavia, offre liberamente il vantaggio innegabile della rappresentazione della forza laterale, che le ha reso il modo dominante della rappresentazione in AFM fin qui.

Circa Bruker

Le Superfici Nane di Bruker fornisce i prodotti Atomici del Microscopio della Forza/del Microscopio Sonda di Scansione (AFM/SPM) che stanno fuori da altri sistemi disponibili nel commercio per la loro progettazione e facilità di uso robuste, mentre mantenendo il più di alta risoluzione. La testa di misurazione di NANOS, che fa parte di tutti gli nostri strumenti, impiega un interferometro a fibra ottica unico per la misurazione della deformazione a mensola, che fa il compatto di impostazione così che è non più grande di un obiettivo standard del microscopio della ricerca.

Questi informazioni sono state originarie, esaminate ed adattate dai materiali forniti dalle Superfici Nane di Bruker.

Per ulteriori informazioni su questa sorgente, visualizzi prego le Superfici Nane di Bruker.

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

Last Update: 23. January 2014 11:14

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