Атомно-силовий мікроскоп лазерного детектування
Основний принцип атомно-силової мікроскопії полягає у фіксації одного кінця мікрокантилевера, який надзвичайно чутливий до слабких сил, а інший кінець має крихітний кінчик голки. Кінчик голки злегка торкається поверхні зразка. Через надзвичайно слабку силу відштовхування між атомами на кінчику голки та атомами на поверхні зразка мікрокантилевер з кінчиком голки буде коливатися та рухатися в напрямку, перпендикулярному до поверхні зразка, контролюючи постійну силу під час сканування. За допомогою оптичного виявлення або методів виявлення тунельного струму можна виміряти зміни положення мікрокантилевера, що відповідають точкам сканування, отримуючи таким чином інформацію про морфологію поверхні зразка. Далі ми розглянемо атомно-силовий мікроскоп (лазерний АСМ), широко використовуване сімейство скануючих зондових мікроскопів, як приклад, щоб детально пояснити принцип його роботи.
Лазерний промінь, випромінюваний лазерним діодом, фокусується на задній частині кантилевера через оптичну систему та відбивається від задньої частини кантилевера на точковий детектор положення, що складається з фотодіодів. Під час сканування зразка через силу взаємодії між атомами на поверхні зразка та атомами на кінчику мікрокантилеверного зонда мікрокантилевер буде згинатися та коливатися разом із морфологією поверхні зразка, а відбитий промінь також зсуватиметься відповідно. Таким чином, шляхом виявлення змін у положенні світлової плями через фотодіод можна отримати інформацію про морфологію поверхні досліджуваного зразка.
Протягом усього процесу виявлення системи та створення зображень відстань між зондом і досліджуваним зразком завжди підтримується на рівні нанометрів (10-9 метрів). Якщо відстань занадто велика, інформацію про поверхню зразка отримати неможливо. Якщо відстань занадто мала, це призведе до пошкодження зонда та досліджуваного зразка. Функція контуру зворотного зв’язку полягає в тому, щоб отримати силу взаємодії зразка зонда від зонда під час робочого процесу, змінити напругу, що прикладається у вертикальному напрямку сканера зразка, щоб зразок розширювався та стискався, регулювати відстань між зондом і досліджуваним зразком, і, в свою чергу, контролюють силу взаємодії зразка зонда, досягаючи контролю за зворотним зв'язком. Таким чином, управління зі зворотним зв'язком є основним робочим механізмом цієї системи.
У цій системі використовується цифровий контур керування зворотним зв’язком. Користувачі можуть керувати характеристиками контуру зворотного зв’язку, встановлюючи кілька параметрів, таких як опорний струм, інтегральне посилення та пропорційне посилення на панелі інструментів програмного забезпечення керування.
Атомно-силова мікроскопія — це аналітичний інструмент, який використовується для дослідження структури поверхні твердих матеріалів, у тому числі ізоляторів. В основному використовується для вимірювання морфології поверхні, потенціалу поверхні, сили тертя, в’язкопружності та I/V кривої матеріалів, це новий потужний інструмент для характеристики властивостей поверхні матеріалів. Крім того, цей інструмент також має такі функції, як наноманіпуляції та електрохімічні вимірювання.
