Lāzera noteikšanas atomu spēka mikroskops
Atomu spēka mikroskopijas pamatprincips ir fiksēt vienu mikrokonsola galu, kas ir ārkārtīgi jutīgs pret vājiem spēkiem, un otrā galā ir mazs adatas gals. Adatas gals viegli saskaras ar parauga virsmu. Sakarā ar ārkārtīgi vājo atgrūšanas spēku starp atomiem adatas galā un atomiem uz parauga virsmas, mikrokontile ar adatas galu svārstīsies un pārvietosies virzienā, kas ir perpendikulārs parauga virsmai, kontrolējot konstanti. spēks skenēšanas laikā. Izmantojot optiskās detektēšanas vai tunelēšanas strāvas noteikšanas metodes, var izmērīt skenēšanas punktiem atbilstošās mikrokonsoles pozīcijas izmaiņas, tādējādi iegūstot informāciju par parauga virsmas morfoloģiju. Tālāk mēs kā piemēru ņemsim atomu spēku mikroskopu (lāzera AFM), kas ir plaši izmantota skenēšanas zondes mikroskopu saime, lai detalizēti izskaidrotu tā darbības principu.
Lāzera diodes izstarotais lāzera stars tiek fokusēts uz konsoles aizmuguri caur optisko sistēmu un tiek atspoguļots no konsoles aizmugures uz vietas pozīcijas detektoru, kas sastāv no fotodiodēm. Parauga skenēšanas laikā mijiedarbības spēka dēļ starp atomiem uz parauga virsmas un atomiem mikrokontilera zondes galā mikrokonsole locīsies un svārstīsies atbilstoši parauga virsmas morfoloģijai, un arī atstarotais stars nobīdīsies. attiecīgi. Līdz ar to, ar fotodiodes palīdzību nosakot gaismas plankuma stāvokļa izmaiņas, var iegūt informāciju par pārbaudāmā parauga virsmas morfoloģiju.
Visā sistēmas noteikšanas un attēlveidošanas procesā attālums starp zondi un pārbaudīto paraugu vienmēr tiek uzturēts nanometru (10-9 metri) līmenī. Ja attālums ir pārāk liels, informāciju par parauga virsmu nevar iegūt. Ja attālums ir pārāk mazs, tas sabojās zondi un pārbaudīto paraugu. Atgriezeniskās saites cilpas funkcija ir iegūt zondes parauga mijiedarbības stiprumu no zondes darba procesa laikā, mainīt parauga skenera vertikālajā virzienā pielikto spriegumu, lai paraugs izplestos un sarautos, pielāgotu attālumu. starp zondi un pārbaudīto paraugu, un savukārt kontrolē zondes parauga mijiedarbības stiprumu, panākot atgriezeniskās saites kontroli. Tāpēc atgriezeniskās saites kontrole ir šīs sistēmas galvenais darbības mehānisms.
Šī sistēma izmanto digitālās atgriezeniskās saites vadības cilpu. Lietotāji var kontrolēt atgriezeniskās saites cilpas raksturlielumus, vadības programmatūras parametru rīkjoslā iestatot vairākus parametrus, piemēram, atsauces strāvu, integrālo pastiprinājumu un proporcionālo pastiprinājumu.
Atomu spēka mikroskopija ir analītisks instruments, ko izmanto cieto materiālu, tostarp izolatoru, virsmas struktūras pētīšanai. Galvenokārt izmanto, lai izmērītu materiālu virsmas morfoloģiju, virsmas potenciālu, berzes spēku, viskoelastību un I/V līkni, un tas ir spēcīgs jauns instruments materiālu virsmas īpašību raksturošanai. Turklāt šim instrumentam ir arī tādas funkcijas kā nano manipulācijas un elektroķīmiskie mērījumi.
