Метка: method

Использование колеблющегося кантилевера в Атомно-силовой микроскопии впервые было предложено Биннигом [1]. Наиболее ранние экспериментальные реализации зондовой микроскопии с колеблющимся кантилевером представлены в работах [2, 3]. В них продемонстрировано влияние градиентов сил на сдвиг резонансной частоты кантилевера, и показана возможность бесконтактного сканирования поверхности образца. В работе [2] было также указано на возможность сканирования с использованием отталкивающих сил. Наибольшее распространение получил «tapping» метод [4]. При его использовании амплитуда колебаний довольно велика, так что колебания зонда проходят в области действия сил притяжения и отталкивания, поэтому этот метод называется также полуконтактным или прерывисто-контактным.

Когда в процессе колебаний кончик зонда касается поверхности образца он испытывает не только отталкивающие, но и адгезионные, капиллярные и ряд других сил. В результате взаимодействия зонда с поверхностью образца происходит сдвиг не только частоты, но и фазы колебаний. Если поверхность образца является неоднородной по свои свойствам, соответствующим будет и фазовый сдвиг. Распределение фазового сдвига по поверхности будет отражать распределение характеристик материала образца. Такой  метод сканирования, при котором регистрируется фазовый сдвиг (Метод Отображения Фазы) является весьма полезным для исследований материалов.

Метод Отображения Фазы позволяет получать ценную информацию в широкой области применений, в некоторых случаях отображая неочевидные контрасты свойств материалов. Этот метод используется, например, для исследований биологических объектов, образцов с магнитными и электрическими характеристиками, а также для ряда других применений.

 

Ссылки

1. US Pat. 4724318.
2. J. Appl. Phys. 61, 4723 (1987).
3. Appl. Phys. Lett. 53, 2400 (1988).
4. Phys. Rev. Lett. 57, 2403 (1986).

Многопроходные методики АСМ обычно используются в задачах, где необходимо определять иные, чем рельеф данные, и при этом необходимо исключить влияние рельефа поверхности.  В качестве примера приведено изображение линий сканирования поперек одного магнитного домена для различных начальных расстояний зонд-образец [1]. Аналогичные методики использовались для определения толщины пленки жидкости на поверхности твердой подложки [2], для наноманипуляций (т.е. для перемещения отдельных атомов [3]), при проведении нанолитографических операций [4].

 

Измерение дальнодействующих магнитных сил на втором проходе магнитно-силовой моды.

 

Магнитная доменная структура слева и топография жесткого диска справа.

Первый проход может быть проведен с применением Контактного или Полуконтактного Методов. На втором проходе можно проводить измерения электрических сил или потенциалов, магнитных полей, диссипаций, распределений емкости. В некоторых случаях может быть необходимым и третий проход для исключения влияния не только рельефа, но и поверхностного электрического  поля.

 

Ссылки

1. Appl. Phys. Lett. 52, 244 (1988).
2. J. Chem. Phys. 90, 7550 (1989).
3. Nature 344, 524 (1990).
4. Nature 347, 748 (1989).

Основная идея Атомно-силовой Акустической Микроскопии (АСАМ) заключается в возбуждении колебаний находящегося в контакте с образцом кантилевера атомно-силового [1, 2]. Резонансные частоты кантилевера помимо других параметров, зависят от жесткости контакта зонд-образец и радиуса области контакта, которые в свою очередь зависят от модулей Юнга материалов образца и зонда, радиуса закругления кончика зонда, силы прижима зонда, рельефа поверхности. Этот метод позволяет определять модуль Юнга по контактной жесткости с разрешением несколько в десятков нанометров.     Как видно на изображении в процессе АСАМ измерений образец закреплен на пьезоэлектрическим преобразователе. Он возбуждает акустические колебания в образце, которые приводят к колебаниям поверхности. Колебания поверхности передаются кантилеверу через кончик зонда. Колебания кантилевера регистрируются с помощью четырехсекционного фотодетектора и подаются на синхронный усилитель. Соответствующее устройство может быть использовано для получения акустических изображений – карт распределения амплитуд колебаний кантилевера на фиксированной частоте колебаний вблизи резонанса (АСАМ отображение). АСАМ изображения отображают распределение поверхностной жесткости образца. Это устройство также может быть использовано для определения спектра колебаний кантилевера – АСАМ Контактной Резонансной Спектроскопии (КРС). С использованием АСАМ КРС можно определить модуль Юнга [3, 4].

 

Ссылки

1. US Pat. 5675075.
2. US Pat. 5852233.
3. Rev. Sci. Instrum 67, 3281 (1996).
4. J. Appl. Phys. 82, 966 (1997).