Fundamentos da Microscopia Atômica do Modo de Contacto e da Força de TappingMode

Por AZoNano

Índice

Introdução
Modo de Contacto AFM
TappingMode AFM
Sobre Bruker

Introdução

A microscopia Atômica da força (AFM) é uma técnica usada para caracterizar superfícies em extremamente de alta resolução. Uma ponta de prova afiada é trazida na grande proximidade com a amostra ser analisada. A Ponta De Prova e a amostra são movidas então relativo a se em um teste padrão da quadriculação, e uma quantidade é medida em uma forma de série em lugar discretos (pixéis). Figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma ponta de prova em um sistema do AFM.

Figura 1. Diagrama Esquemático do conjunto da modilhão-ponta usado em um AFM.

As interacções entre a ponta e a superfície da amostra são medidas monitorando o deslocamento da extremidade livre do modilhão anexado. Há diversos esquemas para realizar isto. A extremidade fixa do modilhão pode ser ou estática montada ou em um actuador pequeno para permitir modos dinâmicos da imagem lactente. O modilhão/ponta de prova é parte de um sistema de feedback de circuito fechado clássico alterado durante sua operação (veja figura 2).

Figura 2. diagrama de Bloco do laço de feedback que controla a força da interacção em um AFM.

A interacção da ponta-amostra medida através do sensor do deslocamento do modilhão é o distúrbio externo. O valor é determinado pela entrada do usuário, o valor setpoint. No AFM convencional o setpoint representa a força da imagem lactente. O setpoint desejado é realizado processando o sinal resultante do erro (ou a diferença entre o valor setpoint e real) por um controlador (PID) do feedback do proporcional-integral-diferencial que conduza o z-piezo para minimizar o sinal do erro.

Modo de Contacto AFM

O modo de Contacto é não somente o modo o mais fácil do AFM a compreender mas igualmente a base fundamental de modos adicionais como o Modo da Capacidade da Exploração (SCM), o Modo da Resistência de Espalhamento da Exploração (SSRM), Etc. Um modilhão típico do AFM é mostrado em figura 3.

Figura 3. Deflexão de um modilhão causado por forças da ponta-amostra

O movimento (angular) pequeno da alavanca é medido geralmente por um raio laser que seja reflectido fora do modilhão e dirigido em um fotodetector da separação, segundo as indicações de figura 4.

Figura 4. Diagrama Esquemático da fonte luminosa, do modilhão, e do detector de foto que remonta os componentes básicos do sistema de detecção do AFM da luz-alavanca.

A curva da força-distância é uma operação básica do AFM para explicar o modo de contacto. Um diagrama esquemático de uma curva da força é descrito em figura 5.

Figura 5. curva da distância da Força. A aproximação (vermelha) e retira curvas (do azul) é mostrada à direita. Note que a força total do contacto é dependente da adesão assim como da carga aplicada.

As curvas da Força nse revelam uma variedade de propriedades da amostra, tais como a adesão e a conformidade. O modo da imagem lactente do força-volume é baseado na análise do pixel-por-pixel de curvas da força. Mas não é frequentemente usado devido a sua velocidade lenta. A maioria de uso comum de curvas da força é em combinação com alguns dos formulários da imagem lactente de SPM em uma forma “ponto-e-disparar”.

Mantendo a constante setpoint quando as varreduras de quadriculação a ponta e a amostra relativas a, a imagem lactente do modo de contacto forem executadas. O inconveniente aqui é a força lateral exercida na amostra pode ser bastante alto. Isto pode conduzir a dano da amostra ou ao movimento de objetos relativamente frouxamente anexados. Uma solução a esse problema era oscilar o modilhão durante a imagem lactente, que conduziu à Imagem Lactente de TappingMode.

TappingMode AFM

O problema de ter forças alto-laterais entre o modilhão e a definição lateral muito alta da superfície pode ser resolvido tendo o toque da ponta a superfície somente por um curto período de tempo, assim evitando a introdução de forças laterais e de arrasto através da superfície. Este modo daqui foi referido como TappingMode AFM.

Uma curva de resposta típica de um modilhão é mostrada em figura 6. que a operação Típica de TappingMode é realizada usando a detecção da modulação de amplitude com o a fechamento-no amplificador.

Figura 6. curva da Ressonância de um modilhão de TappingMode acima e perto da superfície. Note que a ressonância desloca para abaixar freqüências e exibe uma gota na amplitude.

A força Directa não é medida em TappingMode. A curva mostrada em figura 7 é construída adicionando as forças atractivas repulsivos e de longo alcance de curto prazo.

Figura 7. curva da Força que destaca o movimento de um modilhão de oscilação em TappingMode.

A curva da força ou as forças directas entre a ponta e a amostra não são medidas realmente pelo TappingMode AFM ao experimentar as interacções. O TappingMode AFM oscila para a frente e para trás nesta curva, interagindo sem estar no controle directo da força e somente de uma resposta média de muitas interacções embora fechamento-no amplificador é relatado.

A redução da amplitude do modilhão pode ser medida quando a ponta e a amostra se aproximam. Embora isto não é prejudicial, restringe a informação além da topografia da amostra que pode ser ganhada e inequìvoca atribuído a uma determinada propriedade da amostra.

A situação inerente instável do feedback na operação de TappingMode faz difícil automatizar alguns dos ajustes da varredura. As Forças podem variar ao ir longe de uma situação de estado estacionário. Mais alta a amplitude da ponta, mais alta a energia armazenada na alavanca e nas forças da imagem lactente. Derive devido às mudanças de temperatura e/ou os níveis fluidos mudam influências a operação nos líquidos.

É essencial ajustar o sistema de feedback para conseguir a informação segura do AFM. Uma varredura do modo de contacto pode mais facilmente ser controlada do que uma varredura de TappingMode porque TappingMode tem o sistema de oscilação complexo.

Quando as tentativas passadas forem feitas de ajustar automaticamente parâmetros da imagem lactente em TappingMode, há o não outro método provado para a escala larga das amostras estudadas geralmente com AFMs porque o TappingMode se opera na freqüência ressonante do modilhão, onde a dinâmica do modilhão é relativamente complicada.

A dinâmica de batida depende fortemente das propriedades da amostra. A oscilação do Feedback para a parte dura da amostra pode igualmente ser causada por um laço de feedback bem-ajustado da parte macia da amostra porque a optimização dos parâmetros para cada parte da amostra é muito difícil. Além Disso, a constante de muitos tempos (milissegundos) da ressonância do modilhão igualmente impede a optimização instantânea em cada ponto da imagem lactente. O controle de força directo da imagem lactente do modo de contacto e a informações disponíveis assim adicionada são perdidos em TappingMode. TappingMode, contudo, oferece o benefício incontestável da imagem lactente da força lateral livre, que lhe fez o modo dominante da imagem lactente no AFM até agora.

Sobre Bruker

As Superfícies Nano de Bruker fornecem os produtos Atômicos do Microscópio da Força/do Microscópio Ponta De Prova da Exploração (AFM/SPM) que estão para fora de outros sistemas disponíveis no comércio para seus projecto e acessibilidade robustos, enquanto mantendo o mais de alta resolução. A cabeça de medição de NANOS, que é peça de todos nossos instrumentos, emprega um interferómetro original da fibra óptica para medir a deflexão do modilhão, que faz o estojo compacto da instalação assim que é não maior do que um objetivo padrão do microscópio da pesquisa.

Esta informação foi originária, revista e adaptada dos materiais fornecidos por Superfícies Nano de Bruker.

Para obter mais informações sobre desta fonte, visite por favor Superfícies Nano de Bruker.

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

Last Update: 23. January 2014 11:25

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit