原子力显微镜高次谐波幅度对样品弹性性质表征的研究

轻敲模式下原子力显微镜微悬臂探针在接近其基态共振频率的外加驱动下振荡, 其末端针尖周期性靠近、远离样品, 产生于针尖与样品非线性相互作用过程中的高次谐波信号包含更多的待测样品表面纳米力学特性等方面的信息. 通过理论分析、计算, 系统地研究了针尖与样品接触时间受样品弹性模量的影响, 以及高次谐波幅度与接触时间的关系, 获得了通过高次谐波幅度区分待测样品表面弹性性质差异的规律. 并在自制的高次谐波成像实验装置上, 得到了与理论预期一致的实验结果. 关键词： 轻敲模式原子力显微镜 接触时间 高次谐波幅度 弹性模量     

染料聚合物工艺母盘刻录坑形对读出信号调制幅度的影响分析

与光刻胶工艺相比,染料聚合物工艺母盘刻录的光盘坑形有很大区别。在已知文献中对坑点形貌与读出信号关系的研究结果已不再有效。使用基于角谱分解的衍射理论,利用原子力显微镜得到的坑形,对两种工艺光盘的调制幅度参数进行了仿真。仿真结果表明,对染料聚合物工艺而言,在较小的深度和宽度下能获得与光刻胶工艺光盘相当的调制幅度。对实际光盘几何尺寸和电信号参数的测试结果证明了仿真结果的正确性。     

原子力显微镜探针悬臂几何结构变化对高次谐波信息增强的研究

轻敲模式原子力显微镜高次谐波信号包含待测样品表面纳米力学特性等方面的信息, 但是传统原子力显微镜的高次谐波信号非常微弱. 里兹法证明在探针悬臂的特定位置打孔可以实现探针的内共振从而增强高次谐波信号强度. 本文通过有限元仿真计算获得探针第一共振频、第二共振频及其比值随着孔的尺寸和位置变化的规律. 在实验上通过聚焦离子束在探针悬臂上打孔使其第二共振频约为第一共振频的6倍, 提高了第6次谐波信号的信噪比, 并在实验室研制的高次谐波成像实验装置上获得了6次谐波图像. 关键词： 轻敲模式原子力显微镜 探针悬臂几何结构 高次谐波 聚焦离子束加工     

qPlus型原子力显微镜技术

扫描探针显微镜主要包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜,其利用尖锐的针尖逐点扫描样品,可在原子和分子尺度上获取表面的形貌和丰富的物性,改变了人们对物质的研究范式和基础认知。近年来,qPlus型高品质因子力传感器的出现将扫描探针显微镜的分辨率和灵敏度推向了一个新的水平,为化学结构、电荷态、电子态、自旋态等多自由度的精密探测和操控提供了前所未有的机会。文章首先简要介绍原子力显微镜的发展历史和基本工作原理,然后重点描述qPlus型原子力显微镜技术的优势及其在单原子、单分子和低维材料体系中的应用,最后展望该技术的未来发展趋势和潜在应用。     

基于压电陶瓷迟滞特性模型的原子力显微镜仿真平台研究

将基于双二次拉格朗日插值方法的压电陶瓷迟滞非线性Preisach模型,加到原子力显微镜(AFM)仿真平台中,实现在任意加压情况下由于迟滞效应所产生的图像畸变的仿真,更准确地反映原子力显微镜的扫描结果,使得学生在仿真实验中能更好地掌握AFM实验的真实情况.为了校正样品图像的畸变,提出搜索求逆算法,并利用此算法对Preisach模型进行精确求逆,通过改变输入电压抵消了压电陶瓷迟滞效应带来的非线性特性.仿真结果表明,该方法有效地校正了样品图像的畸变.     

碳纳米管的可控长度拾取及导电性分析

拾取指定长度的半导体性碳纳米管对大规模制造碳纳米管场效应管具有重要意义.本文提出了一种利用原子力显微镜探针和钨针对碳纳米管进行可控长度拾取的方法并进行了碳纳米管导电性分析.在扫描电子显微镜下搭建微纳操作系统,针对切割操作过程中原子力显微镜探针、钨针和碳纳米管的接触情况进行了力学建模和拾取长度误差分析.建立了单根金属性碳纳米管、单根半导体性碳纳米管及碳纳米管束与钨针接触的电路模型,推导了接入不同性质碳纳米管后电路的电流电压特性方程.使用原子力显微镜探针对碳纳米管的空间位姿进行调整,控制钨针对碳纳米管上目标位置进行通电切割,同时获取切割电路中的电流电压数据.实验结果表明,本文提出的方法能够有效控制所拾取碳纳米管的长度,增加碳纳米管与原子力显微镜探针的水平接触长度能够减小碳纳米管形变导致的拾取长度误差,建立的电流电压特性方程能够用于分析碳纳米管的导电性.     

热拉伸和化学腐蚀相结合制备弯曲光纤探针

提出了原子力/光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)系统的关键部分——双功能弯曲光纤探针的制作方法.采用热拉伸与动态、静态两步化学腐蚀相结合的方法制作出AF/PSTM弯曲光纤探针，弯曲角度约为150°，尖端曲率半径优于100nm，锥角范围为60°—90°.将这种双功能弯曲光纤探针应用在新研制的AF/PSTM系统上，同时获得了样品的光学与形貌图像，实现了图像分解. 关键词： 原子力/光子扫描隧道显微镜 光纤探针 热拉伸 化学腐蚀     

高温DC SQUID探针显微镜在半导体样品检测中的应用

扫描SQUID探针显微镜成像技术在半导体样品检测中得到了广泛应用。利用有限元分析方法对作为fluxguide的探针结构和SQUID的尺寸等参数对于系统空间分辨率和检测灵敏度的影响进行了仿真分析,并研究了探针周围的屏蔽效果。利用建立的SQUID探针显微镜系统成功检测到太阳能电池中多晶硅的细微结构,并通过检测互相垂直的两个方向的磁场,对太阳能电池中光致电流矢量分布进行了反演重构。     

扫描显微探针

 随着１９８２年世界上第一台原子分辨的隧道扫描显微镜（ＳＴＭ）问世,掀起了对物质表面微结构研究的热潮,而且蔓延到表面化学以及生物大分子等领域．同时对ＳＴＭ原理及检测技术的推广,促使了原子力显微镜（ＡＦＭ）、近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）的发明．现在,以ＳＴＭ、ＡＦＭ、ＳＮＯＭ为代表的高分辨显微镜已经形成了一类新的显微成像技术──扫描探针显微术（ＳＰＭ）．ＳＰＭ最显著的特点就是采用一个极微小的探针（针尖一般在纳米尺度）,在样品表面极小的距离内移动,同时获得样品表面信息．当这极小的探针与样品表面的相互作用强烈依赖于极小的距离（大约是指数关系）,仪器的稳定性则是获得理想图像的关键.     

扫描隧道显微术最新进展与原子搬迁

自从扫描隧道显微镜问世以来，已陆续发展了一系列新型扫描探针显微仪器，如原子力显微镜、磁力显微镜、摩擦力显微镜等等，这些显微仪器不仅能以极高分辨率研究样品表面的形貌和物理化学性质，而且最近几年还被成功地用于操纵单个的原子和分子，文章着重介绍了ＳＴＭ在这方面的进展情况。     

General theory of amplitude-modulation atomic force microscopy

We present a general analytical theory that enables one to determine accurately the unknown tip-sample interactions from the experimental measurement of the amplitude and phase of the oscillating tip in amplitude-modulation atomic force microscopy (AM-AFM). We apply the method to the known Lennard-Jones-type forces and find excellent agreement with the reconstructed results. AM-AFM, widely used in air and liquid, is now not only an imaging tool but also a quantitative force measurement tool.     

基于Unity 3D的霍尔效应实验虚拟仿真平台设计与实现

基于Unity 3D设计了霍尔效应实验虚拟仿真平台.该平台利用3ds Max构建三维模型,并将生成的FBX文件导入Unity 3D资源管理器,使用C#语言编写脚本,控制相应模型实现各种状态的动态响应,在Windows平台上运行实现霍尔效应实验.该虚拟仿真实验平台可激发学生的兴趣,提高学生的实验技能,改善教学效果,同时,解决了目前实验教学中普遍存在的硬件资源不足、仪器设备易损坏等诸多困扰.     

基于二阶振动系统响应模型的激光制导信号动态模拟

针对载机平台上的激光目标指示器照射过程的动态响应及其模拟,利用高斯白噪声,通过由滤波器产生的有色噪声的方法模拟了目标指示器指示激光光斑抖动信号的统计平均特征,分别进行了抖动光斑位置随时间变化和在简化地物模型下漫反射信号强度随时间变化的动态模拟以及实际验证测试。经分析表明:在载机平台上,激光动态照射过程中的反射信号强度的变化是与平台相对于目标运动、目标表面的漫射特性和反射特性等因素相关的综合函数;基于二阶振动系统响应模型的方法可应用于激光目标指示器照射过程中的激光制导信号的大气传输和探测的动态模拟。     

GJB151B CS115的电路仿真分析(一)--校准设备指标需求分析北大核心CSCD

GJB151B CS115给出了开展脉冲传导敏感度试验的校准平台构成和校准波形标准,但未明确校准平台各设备(脉冲源、电流注入环、校准夹具等)的具体指标需求。为解决这一问题,本文在前期脉冲电流注入电路仿真研究工作的基础上,构建了校准平台的时域电路模型,通过逐一改变模型参数的方法,仿真分析了脉冲源内部回路电感、电流注入环等效电感/电阻/电容等对校准波形前沿、半宽以及平顶降的影响,得出了平台各设备应达到的技术指标。该工作是对GJB151B CS115的有益补充,为搭建CS115试验平台,开展电子设备脉冲传导敏感度试验提供了技术支撑。     

Integral sliding mode control for offshore steel jacket platforms

This paper is concerned with robust integral sliding mode control for an offshore steel jacket platforms subject to nonlinear wave-induced force and parameter perturbations. A robust integral sliding mode controller is designed to stabilize the dynamic model of the offshore steel jacket platform. It is shown through simulation results that the robust integral sliding mode control scheme can reduce the internal oscillations of the offshore steel jacket platform dramatically; and the performance of the offshore steel jacket platform under the robust integral sliding mode control scheme is better than the ones under the nonlinear control scheme and the dynamic output feedback control scheme.     

Design and analysis of an intelligent vibration isolation platform for reaction/momentum wheel assemblies

This study focuses on design and analysis of an intelligent vibration isolation platform for reaction wheel assemblies (RWAs) and momentum wheel assemblies (MWAs). A passive platform consisting of four folded beams is designed and analysed for MWAs. A simple and effective mathematical model is developed for the system consisting of the platform and MWAs, and this model is used to investigate the passive vibration isolation performance. Further development is performed to produce an intelligent platform for RWAs, with piezoelectric sensors and actuators bonded to the vertical beams. The flywheel imbalance and impulse load are assumed to be input disturbances for the investigation of the active vibration isolation performance by the finite element method (FEM). The simulation results show that the passive vibration isolation platform is particularly effective for the suppression of a high frequency range vibration for MWAs, and the intelligent platform using velocity feedback control effectively attenuates the dynamic amplification of amplitude at resonance for RWAs. Thus, it is concluded that the passive platform can be used as a vibration isolation platform for MWAs and that the intelligent one can be used for RWAs.     

基于在轨成像物理机理的立体测绘相机建模与仿真

基于在轨成像物理机理的立体测绘相机成像建模与仿真综合考虑了大气辐射传输、卫星运行平台、光学系统成像、相机辐射响应等各个环节,采用数值模拟技术进行精确建模,可用于进行成像过程端到端的完整分析,评估成像系统设计可行性及成像质量。本文以可见光立体测绘相机为例,采用高精度高、分辨率地表物理模型作为输入源,首先结合立体测绘相机内外方位元素计算正视相机和前视相机CCD光敏面各亚像元区域中心的观测向量,然后根据目标相机的成像参数得到地面目标在相机入瞳处的辐亮度,最后通过光线追迹算法和光学系统点扩散函数模型计算探测器靶面的辐通量,经由探测器辐射响应模型得到数字影像。实验结果表明,正视相机几何物理模型定位精度达124 m,前视相机定位精度达193 m,能够较为可靠地模拟出立体影像,模拟方法可行。     

超声聚焦探头在固体中辐射声场的动态光弹测量方法

超声聚焦探头在声场聚焦区域具有很高的检测灵敏度和分辨力,是工业超声检测中常用的探头。聚焦探头在固体中的聚焦特性直接影响检测效果,其传统测量方法通过水中聚焦参数间接换算而来,结果存在一定的误差。动态光弹法可以直接观测透明固体中的探头辐射声场,具有直观、无反射体或水听器的浸入影响、全场观测等特征。进一步采用圆偏振光并结合Senarmont补偿法,可精确测量透明固体中探头辐射声场的绝对应力分布,给出聚焦探头在固体中的聚焦参数,包括焦距、焦柱长度和焦斑宽度。实验测量结果与有限元仿真计算及小球反射法测量结果吻合较好,表明了动态光弹法定量测量聚焦探头辐射声场的可行性。     

傅科摆运动轨迹的计算机动态模拟及其教学应用

本文介绍了在VisualC 6.0和OpenGL软件开发平台上应用面向对象的程序设计方法实现交互式计算机动态模拟傅科摆运动的具体过程,给出了基于上述计算机模拟的一个可供选择的教学方案.     

Dynamic manipulation of probe pulse and coherent generation of beating signals based on tunneling-induced inference in triangular quantum dot molecules

We investigate the dynamic propagation of a probe field via the tunneling-induced interference effect in a triple model of quantum dot molecules. By theoretical analysis and numerical simulation, we find that the number of transparency window relate to the energy splitting and the group velocity of probe field can be effectively controlled by the tunneling coupling intensity. In addition, in the process of light storage and retrieval, when the excited states have no energy splitting in the storage stage but opposite values of the energy splitting in the retrieval stage, the beating signals can be generated.