Использование колеблющегося кантилевера в Сканирующей Силовой Микроскопии впервые было предложено Биннигом [1]. Одни из наиболее ранних экспериментальных реализаций зондовой микроскопии с колеблющимся кантилевером были представлены в работах [2, 3]. В них было продемонстрировано влияние градиентов сил на сдвиг резонансной частоты кантилевера и возможность бесконтактного сканирования поверхности образца. Необходимо отметить также, что ранее Дюриг изучал частотный сдвиг колеблющегося кантилевера в силовом поле иглы СТМ [4].
В работе [2] была продемонстрирована также возможность зондирования материалов при резком уменьшении амплитуды колебаний кантилевера. Возможность сканирования поверхности образца не только в притягивающих, но и в отталкивающих силах была продемонстрирована в [4]. Относительно слабый сдвиг частоты колебаний под влиянием отталкивающих сил означает, что контакт зонда с поверхностью образца в процессе колебаний не является постоянным. Только в течение короткой части периода колебаний зонд «ощущает» контактные отталкивающие силы. Особенно это касается колебаний с большой амплитудой. Сканирование поверхности образца с колеблющимся таким образом кантилевером является не бесконтактным, а скорее прерывисто-контактным. Соответствующий метод Сканирующей Силовой Микроскопии (Прерывисто-контактный или "Полуконтактный" Метод) довольно часто используется на практике.
«Ощущение» контактных отталкивающих сил в процессе сканирования приводит к дополнительному фазовому сдвигу колебаний кантилевера относительно возбуждающих колебаний пьезовибратора. Этот фазовый сдвиг зависит от характеристик материала образца. Регистрация и отображение фазового сдвига в процессе сканирования (метод Отображения Фазового Контраста) широко используется в исследованиях наноструктурированных и неоднородных материалов. Подобно Контактному Методу Рассогласования "Полуконтактный" Метод Рассогласования используется для подчеркивания малоразмерных неоднородностей на больших площадях.
Прерывисто-контактный метод обладет определенными преимуществами по сравнению с Контактными методами. Прежде всего, при использовании этого метода давление кантилевера на поверхность образца существенно меньше, что позволяет работать с более мягкими и легко разрушающимися материалами, такими как полимеры и биоматериалы. "Полуконтактный" Метод также более чувствителен к различным взаимодействиям с поверхностью, что дает возможность ряд характеристик поверхности – распределение вязкости и упругости, электрических и магнитных доменов.
Ссылки
- US Pat. 4724318.
- J. Appl. Phys. 61, 4723 (1987).
- Appl. Phys. Lett. 53, 2400 (1988).
- Phys. Rev. Lett. 57, 2403 (1986).