Бесконтактный метод

БК ССМ использует принцип определения «модуляции амплитуды». Соответствующая измерительная схема использует изменения амплитуды колебаний кантилевера A, обусловленные взаимодействием зонда с образцом. Работа по методу БК ССМ может быть описан в терминах градиентно-силовой модели [1].

В соответствии с этой моделью в пределе малых A при приближении кантилевера к образцу резонансная частота кантилевера f_o сдвигается на величину df к своему новому значению в соответствии с выражением Бесконтактная ССМ (БК ССМ), предложенная в 1987 г. [1], обладает уникальными возможностями по сравнению с другими методами зондовой микроскопии, такими как Контактная АСМ и СТМ. Отсутствие сил отталкивания (присутствующих в Контактной АСМ) в БК ССМ позволяет использовать ее в исследованиях «мягких образцов», при этом в БК ССМ, в отличие от СТМ, не требуется наличие проводящих образцов.

f_eff = f_o (1-F’(z)/k_o )^1/2

где f_eff есть новое значение резонансной частоты кантилевера с номинальной величиной жесткости k_o, а F’(z) - градиент силы взаимодействия кантилевера с образцом. Величина z представляет эффективный зазор зонд-образец, для случая сил притяжения величина df = f_eff - f_o отрицательна.

Если возбуждающая частота колебаний кантилевера f_set > f_o, то сдвиг резонансной частоты в сторону меньших значений приводит к уменьшению амплитуды колебаний f_set кантилевера с частотой f_set при приближении к образцу [1].

Эти изменения амплитуды A используются в качестве входного сигнала в системе обратной связи. Для получения сканированного изображения по методу БК ССМ необходимо прежде всего выбрать некую амплитуду A_set в качестве уставки, при этом A_set < A(f_set) когда кантилевер находится вдали от поверхности образца. Система обратной связи подводит кантилевер поближе к поверхности, пока его мгновенная амплитуда A не станет равной амплитуде A_set при заданной частоте возбуждения колебаний f_set. Начиная с этой точки может начаться сканирование образца в x–y плоскости с удержанием системой обратной связи
A = A_set = constant для получения БК ССМ изображения. Система обратной связи подводит кантилевер ближе к образцу (в среднем) если A_set уменьшается в какой-либо точке, и отодвигает кантилевер от образца (в среднем) если A_set увеличивается. В целом, как следствие вышеизложенной модели в пределе малых A сканированное изображение может рассматриваться как рельеф постоянного градиента силы взаимодействия зонд-образец.

Метод БК ССМ обладает тем преимуществом, что зонд не контактирует с образцом и поэтому не разрушает его и не искажает его изображения. В частности, это может быть важным при исследовании биологических образцов.

Ссылки

1. J. Appl. Phys. 61, 4723 (1987).