提高原子力显微镜(AFM)成像质量的方法

针对原子力显微镜AFM不要求样品具有导电性的优点,分析了影响原子力显微镜AFM扫描图像质量的原因及提高AFM成像质量的方法。     

扫描隧道显微镜和原子力显微镜

 在微观领域对物质进行观察和研究中,人们发明了各种显微镜。但是光学显微镜由于受到光的波长的限制而无法达到很高的分辨率,Ｘ射线衍射技术则要求观察样品必须是晶体,透射电镜则需要对观察样品进行超薄切片。所有这些要求使人们的观察受到了限制,因此人们开始研制更加先进的显微镜。１９８２年宾尼格、罗雷尔及其同事们成功地研制出世界上第一台扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）,导致了显微领域中的一场革命,并在它的基础上研制出一系列的扫描探针显微镜,如原子力显微镜、磁力显微镜和激光力显微镜等。ＳＴＭ的出现使人类第一次可以实时地观测单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理性质和化学性质。     

原子力与光子扫描隧道组合显微镜

介绍了超高分辨光于扫描隧遭显微镜（PSTM）的计冗历程,为解决第一代（单光束照明）光千扫捕隧逼显傲镜中存在人为假象和样品光学图像与形貌图像难于分离两个难题,用“对称双光束照明方法消假象,用原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）图像分解方法分离样品光学透过率、折射率与形貌图像。研制成功新一代原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）样机。该样机在一次扫描中已获得两幅原子力显微镜图像（形貌与相位）和两幅光学图像（透过率和折射率）,有效地减少了假象,分解了样品光学折射率、透过率与形貌图像。     

用扫描隧道显微镜(STM)观察纳米粉体的形貌

将不导电的纳米粉体压成薄片,在薄片的表面溅射上金膜,再经过适当的处理,将薄片固定在样品台上,这样制得样品可用于纳米粉体形貌,由于用于ＳＴＭ观察的样品必须导电这一限制,使得样品表面溅射的金膜厚度对成像有很大影响,此类工作可安排在学生物理实验的小型科研实验课程中。     

原子力显微镜

研制成功了一台使用光学偏转法检测的原子力显微镜，通过对云母、光栅、光盘等样品的观测证明仪器达到原子分辨率，最大扫描范围可达７μｍ×７μｍ。文中将对这台原子力显微镜的原理、结构及一些应用结果进行讨论。     

光学显微镜与CCD监视器组合的原子力显微镜

研制了一种与光学显微镜结合并配置 CCD 监视器的原子力显微镜,可同时获得样品的原子力显微镜图象及光学图象.已能分辨出5纳米的精细结构,最大扫描范围可达2μm.文中给出了本仪器获得的一些样品图象结果.     

新型原子力显微镜的研制及其应用

研制了一种新型卧式原子力显微镜(AFM)系统.本文介绍卧式AFM的工作原理及其简要结构,讨论反馈控制电路系统的优化设计,阐述Windows/Dos兼容的图象扫描、处理和显示软件.基于原子力曲线的测定,利用AFM对纳米金刚石薄膜和多孔氧化铝进行了扫描检测.实验表明,该AFM系统具有十分良好的图象重复性、稳定性和衬比(度),仪器的横向分辨率优于3nm,纵向分辨率可达1nm,最大扫描范围达到5μm×5μm.这些性能为卧式AFM在更广泛的纳米技术领域的应用奠定了基础.     

用于原子力与光子扫描隧道组合显微镜的浸油显微物镜

双功能原子力与光子扫描隧道显微镜（AF／PSTM）用π对称双光束照明方法来消除假象。为改进现有的AF／PSTM系统,提出新的照明系统方案,并设计了新方案中需要的高数值孔径的浸油显微物镜。根据具体的物镜系统参数要求,选择合适的初始结构,用ZEMAX光学设计软件对物镜进行设计、优化和像质评价,设计结果显示浸油物镜的数值孔径大约1.54,可以很好地满足照明系统的需要。     

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。     

脂质体结构特性的原子力显微镜研究

用原子力显微镜(AFM)研究了1,2二油酸甘油3磷酸1甘油(DOPG)脂质体胞囊的形态和脂双层膜结构.报道了AFM探针与吸附在氧化硅膜上脂质体的相互作用结果.实验结果表明,在液晶态的DOPG中,AFM图像是一些球形或椭球形颗粒.这些球形或椭球形颗粒与液晶态的DOPG脂质体的结构特性有关.当AFM的探针与脂质体表面相互作用力超过某临界值时,脂质体胞囊破裂,变成脂双层结构.从图上可以看到,第二层的DOPG膜吸附在第一层上,膜的厚度约为5nm. 关键词： 原子力显微镜 脂质体 纳米结构     

幅度调制原子力显微镜仿真平台

基于欧拉-伯努利模型,对幅度调制原子力显微镜( AM-AFM)进行建模,采用P]D控制器进行反馈控制,建立了一套幅度调制原子力显微镜仿真平台.仿真结果表明,该平台准确地模拟了AM-AFM探针接近样品和扫描样品的过程中探针的运动状态及AM-AFM的工作系统,可作为大学生做原子力显微镜实验的辅助工具,使学生对AM-AFM的...     

Measurement of the evanescent field using noncontact mode atomic force microscope

Using the noncontact mode atomic force microscope (AFM) with frequency modulation detection method, force gradient acting on the AFM tip induced by the evanescent field was measured in a high vacuum. Exponential distance dependence of the force gradient by the evanescent field was successfully measured for the first time. Decay lengths of the force gradient were estimated to be 40±3 nm and 43±3 nm for Ar and He-Ne lasers, respectively, and independent of wavelength within the experimental error. The minimum detectable force was estimated to be about 0.1 pN. There was a tendency for the measured decay length to become shorter at a distance less than z=10 nm in many cases. The force gradient induced by the evanescent field inp-polarization was larger than that ins-polarization. This paper was originally presented at the first Asia-Pacific Workshop on Near Field Optics, which was held on August 17 and 18, 1996 at Seoul Education and Culture Center, Seoul, Korea, organized by the Condensed Matter Research Institute, Seoul National University.     

原子力显微镜探针耦合变形下的微观扫描力研究

原子力显微镜(AFM)的微探针系统是典型的微机械构件，它在接触扫描过程处于耦合变形状态.采用数值模拟方法探究恒力模式下探针耦合变形对微观扫描力信号、微观形貌信号的影响.研究表明，AFM的恒力模式扫描中，法向扫描力并不是恒定大小，与轴向扫描力存在耦合作用，在粗糙峰峰值增加阶段，二力均增加；在粗糙峰峰值减小阶段，二力均减小；该耦合作用随形貌坡度、针尖长度等增加而加强.微观形貌的测试信号和横向扫描侧向力信号受探针耦合变形影响较小，但侧向力与形貌斜率密切相关，且其极值点与形貌极值点存在位置偏差，这些结果均与原子力 关键词： 原子力显微镜 探针悬臂梁 耦合变形 扫描力     

碳纳米管网络导电特征的导电型原子力显微镜研究

利用导电型原子力显微镜对大范围碳纳米管（CNT）网络的导电性能进行成像观察.研究发现：在几十微米的成像范围内,每根CNT本身的电阻远小于CNT之间的接触电阻,以致于在电压偏置的网络中不同的CNT呈现电位不同的等位体;CNT的导电性能虽不因与其他CNT的交叠接触而改变,但是如果缠绕成束,则半导体性CNT趋于呈现金属性CNT的导电特征. 关键词： 导电型原子力显微镜 碳纳米管网络 碳管纳米电导     

电子自旋共振扫描隧道显微镜

单电子自旋极有可能发展成为未来信息学的基础。以电子自旋为核心的新型单分子或单原子器件将最终成为基本信息单元,基于单电子的自旋态将有可能构筑未来量子计算机的量子比特。但是,如何实现对单个电子自旋及其相干态和纠缠态的测量和控制,目前仍然是一个很大的挑战。作为调控单个电子自旋的重要实验手段,电子自旋共振扫描隧道显微镜的发展一直备受关注。文章简要介绍了电子自旋共振扫描隧道显微镜的基本概念,阐述了其发展历史和最新进展,归纳了机理探索的研究成果,论述了该设备研发面临的挑战与对策,并对未来的发展和应用做了展望。     

Lipid membrane: inelastic deformation of surface structure by an atomic force microscope

The stability of the 1,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-[phospho-rac-1-Glycerol-Na] liposome in the liquid crystalline state have been investigated using an atomic force microscope (AFM). We have observed the inelastic deformation of the sample surface. The AFM tip causes persistent deformation of the surface of the lipid membrane, in which some of the lipid molecules are eventually pushed or dragged by the AFM tip. The experiment shows how the surface structure of the lipid membrane can be created by the interaction between the AFM tip and lipid membrane. When the operating force exceeds 10^-8 N, it leads to large deformations of the surface. A square region of about 1×1μm² is created by the scanning probe on the surface. When the operating force is between 10^-11N and 10^-8N, it can image the topography of the surface of the lipid membrane. The stability of the sample is related to the concentration of the medium in which the sample is prepared.     

Tip cleaning and sharpening processes for noncontact atomic force microscope in ultrahigh vacuum

Tip cleaning and sharpening processes for noncontact atomic force microscope (AFM) operated in ultrahigh vacuum (UHV) were carried out and evaluated by a scanning Auger microscope (SAM) with a field emission electron gun and a noncontact AFM in UHV combined with a scanning tunneling microscope and a field emission microscope. The cantilever used in this study was piezoresistive, which can be heated by passing a current through the resistive legs of the cantilever. As a pretreatment, the tip was irradiated with ultraviolet light in oxygen to remove carbon contaminants. It was heated at about 750°C to form a clean oxide layer in oxygen of 5×10⁻⁵ Torr in an SAM chamber. The desorption of the layer can make a remained tip apex sharper by heating under electron beam irradiation. A thermally oxidized layer was also eliminated by HF etching to sharpen the tip apex. The procedures are useful to obtain a well-defined Si tip suitable for a noncontact AFM.