загрузка...
загрузка...
На головну

Методи зондової мікроскопії. 1.1.1. Атомно-силова мікроскопія

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Сканирующая зондовая мікроскопія (СЗМ) є порівняно новим методом

дослідження об'єктів з високим просторовим дозволом. першим зондовим

мікроскопом стало винахід швейцарських вчених Герхарда Бінніг і Гайнріха

Рорер, що запропонували 1981 р використовувати ефект тунелювання електронів для

візуалізації атомарної структури провідної поверхні графіту, в результаті чого

їх винахід було названо сканирующим тунельним мікроскопом (СТМ) [1]. З

появою атомно-силового мікроскопа (АСМ) в 1986 р [2] область застосування СЗМ

значно розширилася і АСМ зайняв міцні лідируючі позиції в дослідженні з

атомним дозволом властивостей непроводящих поверхонь. Метод став настільки

привабливим, що через п'ять років з моменту відкриття мікроскопа вже існували

22 його основні варіації [3], які були розроблені для вирішення широкого спектра

задач матеріалознавства. До сих пір атомно-силова мікроскопія за темпами розвитку і

інформативності одержуваних даних істотно випереджає альтернативні методи

електронної мікроскопії та рентгеноструктурного аналізу речовини.

Основним функціональним елементом будь-якого скануючого зондового

мікроскопа є зонд. В атомно-силовому мікроскопі зонд являє собою

гнучку консольную балку, на вільному кінці якої знаходиться мікроостріе. така

система називається кантільовери, який визначає основні властивості АСМ. В самому

простому випадку АСМ нагадує звичайний грамофон, який здійснює

ковзання голки по грамплатівці і відтворює її рельєф у вигляді модульованого

звукового сигналу. В атомно-силовому мікроскопі кантилевер через підрядник сканує

поверхню зразка ультратонкой голкою (рис 1.1).

Мал. 1.1. Схема атомно-силового мікроскопа.

В результаті міжатомної взаємодії вістря голки з поверхнею гнучка

балка кантільовери деформується, що в найпростішому випадку служить корисним

сигналом. Для того щоб мінімізувати зміни сили вигину кантільовери в

процесі сканування, використовують систему зворотного зв'язку, завдяки якій зразок

відводиться від вістря, якщо сила перевищує певне значення і, навпаки, в разі

зменшення сили зворотний зв'язок з використанням пьезоманіпулятора (рис. 1.1)

дозволяє стабілізувати її значення. Такий режим сканування називається режимом

постійної сили. Сигнали відхилення кантільовери і системи зворотного зв'язку

записуються в цифровому вигляді в двовимірний масив точок, який згодом

обробляється в спеціалізованих графічних редакторах. На фоні

численних модифікацій АСМ, що дозволяють вимірювати адгезійні [113], пружні

[114], контактні електричні (коливань-мікроскопія) [115], які проводять [116],

електромагнітні [117] та інші властивості поверхні виділяють основні три режими

сканування зразків: контактний, переривчастого контакту і безконтактний (рис. 1.2.).

Мал. 1.2. Основні режими сканування атомно-силового мікроскопа.

Метод переривчастого контакту полягає в тому, що в кантільоверамі збуджуються

коливання, зокрема на його власній частоті. Після того, як кантилевер починає

взаємодіяти з поверхнею, у нього зменшуватися амплітуда коливань і

відбувається зміщення резонансної частоти. Залежно від того, що саме

вибирається в якості корисної інформації - зміна амплітуди або частоти

фізичного сигналу можливі два режими роботи мікроскопа в переривчастому контакті.

Описаний режим називається переривчастим контактом (tapping mode) і застосовується при

скануванні об'єктів зі зниженою жорсткістю, так як в даній моді виключений

фактор адгезійних і капілярних сил [118], що призводять до спотворень при

скануванні біополімерів і бактеріальних клітин.

Безконтактний режим сканування застосовується в атомно-силової мікроскопії

при дослідженні електростатичного або магнітного профілю поверхні [119]. В

даному випадку процес сканування складається з наступної послідовності:

кантилевер в контактному режимі сканування проходить один рядок, при цьому

мікроскоп запам'ятовує рельєф поверхні, потім кантилевер починає рухатися в

зворотному напрямку, перебуваючи на тому ж рядку при збереженні постійного зазору

між кантільовери і поверхнею. Під час зворотного проходу локальні

електромагнітні поля зразка надають силовий вплив на намагнічений

кантилевер [119]. Таким чином, в момент отримання шуканого профілю поверхні

відсутня міжатомна взаємодія зонда із зразком.

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Читайте також:

Приклади створення і область застосування мікро- і нанодатчіков

Конструктивні особливості та основні характеристики мікроелектромеханічних пристроїв 3 3.1 Технологія MEMS

Електронно і іонно-стимульовані процеси на поверхні твердих тіл

Фізична електроніка та нанофізика, нанотехнології і наноматеріали, загальні зауваження

Перетворювачі біохімічних реакцій в аналітичний сигнал

Введення в фізичні явища

закон Вебера

пьезокварцевиє иммуносенсор

Пристрій і принцип роботи АСМ

пропріоцептори

модулятори

Повернутися в зміст: фізичні явища

Всі підручники

© om.net.ua