Силовая спектроскопия

Измерение сил в ССМ производится путем накопления силовых кривых, которые представляют собой зависимости отклонений кантилевера, d_c, от положения образца вдоль z-оси (т.е. по направлению к или от зонда; z – положение пьезосканера). Предполагается простое соотношение (например. Закон Гука) между силой, F, и отклонением кантилевера:

F = - k d_c

где k – жесткость кантилевера. Некоторые другие силы, включаемые во взаимодействия зонд-образец при подводе и отводе образца представлены на рисунке слева [1]. Интерпретация АСМ силовых кривых практически полностью зависит от установления закономерностей силового взаимодействия, в том числе тех, которые определены с использованием приборов измерения поверхностных сил (surface force apparatus, SFA) [2]. Эти силовые законы описывают силы скорее как функции расстояний зонд-образец (D), чем как функции положения z-сканера. Поэтому, чтобы быть полезными, силовые кривые должны быть преобразованы в описания сил как функций расстояния D, F(D). Однако современные ССМ не обладают возможностью независимого определения D. Вместо этого преобразование к зависимости от D достигается путем вычитания отклонения кантилевера из z-перемещения пьезосканера.

Для очень твердых образцов нулевое расстояние зонд-образец определяется как область на силовой кривой, где отклонение кантилевера в соотношении 1:1 связано с перемещением образца; на силовой кривой она проявляется как прямая линия с единичным наклоном. Скорректированная кривая называется «Кривая Сила-Расстояние» (Force–distance curve). Отметим, что определение D в этом приближении требует, чтобы зонд находился в контакте с образцом. На практике существуют два фактора (дальнодействующие силы и упругость образца) которые могут сделать определение точки контакта весьма затруднительным. Полная силовая кривая включает силы, измеренные при приближении зонда к образцу и его отводе от образца. Поскольку силы, действующие на зонд, отличаются при его движении по направлению к образцу и от образца, силовые кривые разделены на кривые подвода и отвода и рассматриваются отдельно.

Ссылки

TIBTECH 17, 143 (1999).
Israelashvili, J.N. (1992) Intermolecular and Surface Forces, Academic Press.