Atomic Force Microscopic (AFM)
Atomic Force Microscope dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dasar dengan STM - yang dapat hanya gambar melakukan atau semikonduktor permukaan. The AFM, however, has the advantage of imaging almost any type of surface, including polymers, ceramics, composites, glass, and biological samples. The AFM, bagaimanapun, memiliki keuntungan dari pencitraan hampir semua jenis permukaan, termasuk polimer, keramik, komposit, kaca, dan sampel biologis.
Atomic Force Microscope dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dasar dengan STM - yang dapat hanya gambar melakukan atau semikonduktor permukaan. The AFM, however, has the advantage of imaging almost any type of surface, including polymers, ceramics, composites, glass, and biological samples. The AFM, bagaimanapun, memiliki keuntungan dari pencitraan hampir semua jenis permukaan, termasuk polimer, keramik, komposit, kaca, dan sampel biologis.
Binnig, Quate, and Gerber invented the Atomic Force MIcroscope in 1985. Binnig, yang memadai, dan Gerber menemukan Atomic Force Microscope pada tahun 1985. Their original AFM consisted of a diamond shard attached to a strip of gold foil. AFM asli mereka terdiri dari pecahan berlian terpasang ke strip foil emas. The diamond tip contacted the surface directly, with the interatomic van der Waals forces providing the interaction mechanism. Ujung berlian permukaan dihubungi secara langsung, dengan van der Waals interatomik pasukan menyediakan mekanisme interaksi. Detection of the cantilever's vertical movement was done with a second tip - an STM placed above the cantilever. Deteksi gerakan vertikal kantilever itu dilakukan dengan ujung kedua - suatu STM ditempatkan di atas kantilever tersebut.
AFM probe deflection AFM probe defleksi
Today, most AFMs use a laser beam deflection system, introduced by Meyer and Amer, where a laser is reflected from the back of the reflective AFM lever and onto a position-sensitive detector. Saat ini, kebanyakan AFMs menggunakan sinar laser sistem defleksi, diperkenalkan oleh Meyer dan Amer, di mana laser tercermin dari belakang tuas AFM reflektif dan detektor posisi ke-sensitif. AFM tips and cantilevers are microfabricated from Si or Si 3 N 4 . tips AFM dan cantilevers yang microfabricated dari Si atau Si 3 N 4. Typical tip radius is from a few to 10s of nm. ujung jari-jari Khas dari beberapa untuk 10s dari nm.
| Beam deflection system, using a laser and photodector to measure the beam position. sistem lendutan Beam, menggunakan laser dan photodector untuk mengukur posisi balok. |  |
Measuring forces Mengukur kekuatan
Because the atomic force microscope relies on the forces between the tip and sample, knowing these forces is important for proper imaging. Karena mikroskop atom bergantung pada kekuatan-kekuatan antara ujung dan sampel, mengetahui gaya-gaya ini penting untuk pencitraan yang tepat. The force is not measured directly, but calculated by measuring the deflection of the lever, and knowing the stiffness of the cantilever. Kekuatan tidak diukur secara langsung, tapi dihitung dengan mengukur defleksi tuas, dan mengetahui kekakuan kantilever tersebut. Hook's law gives F = -kz, where F is the force, k is the stiffness of the lever, and z is the distance the lever is bent. hukum Hook memberikan F =-kz, di mana F adalah gaya, k adalah kekakuan tuas, dan z adalah jarak tuas dibengkokkan.
AFM Modes of operation AFM Mode operasi
Because of AFM's versatility, it has been applied to a large number of research topics. Karena fleksibilitas AFM, itu telah diterapkan ke sejumlah besar topik penelitian. The Atomic Force Microscope has also gone through many modifications for specific application requirements. Atomic Force Microscope juga telah melalui banyak modifikasi untuk kebutuhan aplikasi tertentu.
Contact Mode Kontak Mode
The first and foremost mode of operation, contact mode is widely used. Modus pertama dan terpenting operasi, mode menghubungi secara luas digunakan. As the tip is raster-scanned across the surface, it is deflected as it moves over the surface corrugation. Karena ujung adalah raster-scan di permukaan, itu dibelokkan ketika bergerak di atas permukaan kerut. In constant force mode, the tip is constantly adjusted to maintain a constant deflection, and therefore constant height above the surface. Dalam mode gaya konstan, ujungnya selalu disesuaikan untuk menjaga defleksi konstan, dan oleh karena itu tetap tinggi di atas permukaan. It is this adjustment that is displayed as data. Ini adalah penyesuaian yang akan ditampilkan sebagai data. However, the ability to track the surface in this manner is limited by the feedback circuit. Namun, kemampuan untuk melacak permukaan dengan cara ini dibatasi oleh rangkaian umpan balik. Sometimes the tip is allowed to scan without this adjustment, and one measures only the deflection. Kadang-kadang ujung diperbolehkan untuk memindai tanpa penyesuaian ini, dan satu hanya mengukur defleksi. This is useful for small, high-speed atomic resolution scans, and is known as variable-deflection mode. Hal ini berguna untuk kecil, scan kecepatan tinggi resolusi atom, dan dikenal sebagai mode variabel-defleksi.Because the tip is in hard contact with the surface, the stiffness of the lever needs to be less that the effective spring constant holding atoms together, which is on the order of 1 - 10 nN/nm. Karena ujung berada dalam kontak dengan permukaan, kekakuan tuas perlu kurang bahwa musim semi efektif atom memegang konstan bersama, yang pada urutan 1 - 10 nN / nm. Most contact mode levers have a spring constant of < 1N/m. tuas menghubungi Kebanyakan modus memiliki konstanta pegas dari <1N / m.Lateral Force Microscopy Lateral Force Mikroskopi
LFM measures frictional forces on a surface. LFM langkah-langkah gaya gesek pada permukaan. By measuring the “twist” of the cantilever, rather than merely its deflection, one can qualitatively determine areas of higher and lower friction. Dengan mengukur "twist" dari kantilever, daripada hanya defleksinya, satu kualitatif dapat menentukan bidang gesekan lebih tinggi dan lebih rendah.Noncontact mode Modus Noncontact
Noncontact mode belongs to a family of AC modes, which refers to the use of an oscillating cantilever. modus Noncontact milik keluarga mode AC, yang mengacu pada penggunaan kantilever berosilasi. A stiff cantilever is oscillated in the attractive regime, meaning that the tip is quite close to the sample, but not touching it (hence, “noncontact”). Sebuah kantilever kaku adalah osilasi dalam rezim yang menarik, yang berarti bahwa ujung yang cukup dekat dengan sampel, tetapi tidak menyentuh itu (maka, "noncontact"). The forces between the tip and sample are quite low, on the order of pN (10 -12 N). Pasukan antara ujung dan sampel yang cukup rendah, pada urutan pN (10 -12 N). The detection scheme is based on measuring changes to the resonant frequency or amplitude of the cantilever. Skema deteksi ini didasarkan pada mengukur perubahan frekuensi resonansi atau amplitudo kantilever tersebut.
Dynamic Force / Intermittant-contact / “tapping mode” AFM Dynamic Force / Intermittant-kontak / "tapping mode" AFM
Commonly referred to as “tapping mode” it is also referred to as intermittent-contact or the more general term Dynamic Force Mode (DFM). Sering disebut sebagai "menekan mode" itu juga disebut sebagai menghubungi intermittent-atau istilah yang lebih umum Dynamic Force Mode (DFM).
A stiff cantilever is oscillated closer to the sample than in noncontact mode. Sebuah kantilever kaku adalah osilasi dekat dengan sampel dari dalam mode noncontact. Part of the oscillation extends into the repulsive regime, so the tip intermittently touches or “taps” the surface. Bagian dari osilasi meluas ke rezim menjijikkan, sehingga ujung sesekali menyentuh atau "keran" permukaan. Very stiff cantilevers are typically used, as tips can get “stuck” in the water contamination layer. Sangat cantilevers kaku biasanya digunakan, seperti tips bisa "terjebak" dalam lapisan pencemaran air.
The advantage of tapping the surface is improved lateral resolution on soft samples. Keuntungan dari penyadapan permukaan ditingkatkan resolusi lateral pada sampel yang lembut. Lateral forces such as drag, common in contact mode, are virtually eliminated. gaya lateral seperti drag, umum dalam mode kontak, hampir dieliminasi. For poorly adsorbed specimens on a substrate surface the advantage is clearly seen. Untuk contoh yang buruk teradsorpsi pada permukaan substrat keuntungan jelas terlihat.Force Modulation Angkatan Modulation
Force modulation refers to a method used to probe properties of materials through sample/tip interactions. modulasi Angkatan mengacu pada metode yang digunakan untuk menyelidiki sifat bahan melalui sampel / interaksi ujung. The tip (or sample) is oscillated at a high frequency and pushed into the repulsive regime. Ujung (atau contoh) adalah osilasi pada frekuensi yang tinggi dan didorong ke dalam rezim menjijikkan. The slope of the force-distance curve is measured which is correlated to the sample's elasticity. Kemiringan kurva gaya-jarak diukur yang berkorelasi dengan elastisitas sampel itu. The data can be acquired along with topography, which allows comparison of both height and material properties. Data dapat diperoleh bersama dengan topografi, yang memungkinkan perbandingan dari kedua tinggi dan sifat material.Phase Imaging Tahap Imaging
In Phase mode imaging, the phase shift of the oscillating cantilever relative to the driving signal is measured. Dalam pencitraan Tahap mode, pergeseran fasa dari kantilever osilasi relatif terhadap sinyal mengemudi diukur. This phase shift can be correlated with specific material properties that effect the tip/sample interaction. Pergeseran fasa dapat dikorelasikan dengan sifat-sifat bahan tertentu yang efek / interaksi sampel ujung. The phase shift can be used to differentiate areas on a sample with such differing properties as friction, adhesion, and viscoelasticity. Pergeseran fasa dapat digunakan untuk membedakan daerah pada sampel dengan sifat berbeda seperti gesekan, adhesi, dan viscoelasticity. The techniques is used simultaneously with DFM mode, so topography can be measured as well. Teknik yang digunakan secara bersamaan dengan mode DFM, sehingga topografi dapat diukur juga.
Examples of atomic force microscope systems Contoh sistem mikroskop atom
The Nanosurf AFM systems are designed to be easy to use, and ideal for those just getting started with AFM. The Nanosurf AFM sistem dirancang untuk mudah digunakan, dan ideal bagi mereka yang baru mulai dengan AFM. There are several models for a very wide range of applications. Ada beberapa model untuk berbagai aplikasi yang sangat luas. Here you can find a list of various atomic force microscopes . Di sini Anda dapat menemukan daftar dari berbagai force microscopes atom .
Posted in: Artikel Fisika
