резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии...
-
Upload
gorelkin-petr -
Category
Documents
-
view
118 -
download
5
description
Transcript of резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии...
![Page 1: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/1.jpg)
Резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии
![Page 2: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Основные режимы работы СЗМ
Рисунок из Wikipedia
![Page 3: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Сравнение режимов сканирования Достоинства НедостаткиКонтактный Большая скорость сканирования
Возможность изучения образцов с большим диапазоном по Z (с большей шероховатостью)
Латеральные силы могут искажать изображение
На воздухе возможен сильный эффект, обусловленный капиллярными силами от водяной пленки-адсорбата на подложке
Латеральные силы в комбинации с сильной прижимной силой уменьшают разрешение и могут привести к поломке зонда или разрушению поверхности образца
Полуконтактный Латеральные силы минимизированы. Таким образом можно достигнуть лучшего латерального разрешения на большинстве образцов
Риск разрушения образца и порчи зонда минимален
Меньшая скорость сканирования, по сравнению с контактным режимом
Бесконтактный И прижимная, и латеральная силы минимальны, что очень хорошо для изучения очень мягких образцов
Можно получить истинное атомное разрешение для экспериментов в высоком вакууме
На воздухе слой водяной пленки-адсорбата может быть слишком толстым, и мешать эффективным измерениям
Меньшая скорость сканирования по сравнению с другими режимами
![Page 4: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Контактный режим
Бесконтактный режим
Режим «обстукивания»
прит
яжен
иеот
талк
иван
ие
![Page 5: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Основные режимы работы СЗМконтакт
Динамический режим
Статический режим
нет контакта
Контактный режим
Бесконтактный режим
Полуконтактный режим
Force modulation (модуляция силы)
Pulsed force mode
Ultrasonic mode (ультразвуковой режим)
Static deflection
![Page 6: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Простейшая теоретическая модель колебаний кантилевера – модель сосредоточенной массы (the
point mass model)
u=u(t)
m
z(t)
u=u0cos(t)
0)( Fzuzkzm
z=z+F0/k
)cos(0 tkukzzzm
![Page 7: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Модель сосредоточенной массы
)(,
)(
)(
)(
)(
)(
Re)cos(
)cos(
220
0
2
20
2222
0
020
2
20
2222
0
02200
20
0220
020
0200
20
020
20
0
0
Qarctg
Q
uA
eA
Q
Qiu
Qi
ua
eaz
eutu
tuzzQ
z
ьдобротностm
Q
i
ti
ti
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Рисунок взят с сайта wikipedia
![Page 8: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/8.jpg)
8
200
220
22220
200
2
20
2222
0
0220
0
20
2
20
2222
0
02200
21
2
111
)cos(4)()(
sincos)()(
2
1,1
)(
)(Re))sin()cos(()( 0
Q
tu
Q
tQ
tutz
Q
e
Q
Qiu
tctcetz
d
d
tidd
t
(6)
(7)
(8)
(9)
![Page 9: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Сдвиг амплитудно-частотных характеристик
d 0
A
![Page 10: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Сдвиг амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик
0
![Page 11: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Бесконтактный режим сканирования СЗМ
)cos(
)cos()(
/)(
)(
)()(
020
20
0
00
00
00
tuzm
Fz
Qz
Fkk
tkuzFkzzm
kFFzz
zFFFzuzkzm
tzzz
FFF
z
zeff
z
at
zat
atat
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
![Page 12: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Бесконтактный режим
d
zdrd
zr
z
z
m
F
k
F
Q
mF
Qarctg
QmF
uA
11
2
11
)(
,
)(
)(
20
220
0
2
20
2222
0
020
(16)
(17)
(18)
(19)
![Page 13: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Бесконтактный режим. Изменение АЧХ под действием градиента силы
r d 0
A
![Page 14: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Бесконтактный режим. Изменение ФЧХ под действием градиента силы
* 0
k
FQ
FQ
karctg
k
F
k
F
z
z
z
z
2)(
11
1
0
0*
0
0*
(20)
(21)
(22)
![Page 15: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Прерывисто-контактный режим
Рисунок из книги Миронова
![Page 16: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Фазовый сдвиг в полуконтактном режиме сканирования
Aku
QE
u
A PS
000
sin
(20)
Где EPS – энергия, идущая на восполнение потерь, связанных с диссипативным воздействием зонда и образца, А – амплитуда установившихся колебаний кантилевера, - частота колебаний кантилевера, 0 – резонансная частота колебаний кантилевера.
![Page 17: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Вынужденные колебания могут быть…
• Механическими (акустическими или пьезоэлектрическими ) колебаниями
• Магнитными колебаниями• Фототермическими
колебаниями• Вызваны Лоренцевой силой• Ультразвуковыми колебаниями• пьезоэлектрическими
колебаниями
Рисунок с nanoHUB
![Page 18: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Выбор амплитуды колебаний кантилевера для полуконтактного режима
A0 A
![Page 19: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Выбор амплитуды колебаний кантилевера для полуконтактного режима
A
0
А0
А
![Page 20: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Поиск резонанса
![Page 21: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/21.jpg)
21
0,85
0,65
0,75
0,6
0,7
0,55
![Page 22: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/22.jpg)
22
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,50,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5 [ПС]:[ПМА]=1:2 [ПС]:[ПМА]=1:1
setpoint A/A0
nm
силовое воздействие
конт
раст
ПМА
ПC ПCΔH
![Page 23: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/23.jpg)
23
![Page 24: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Выбор кантилевера для резонансных режимов
![Page 25: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Выбор кантилевера для бесконтактного режима
![Page 26: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Выбор кантилевера для полуконтактного режима
![Page 27: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Выбор кантилевера для режима модуляции силы
![Page 28: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Выбор кантилевера All-in-One
![Page 29: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Контактный режим сканирования СМАС
Изменение морфологии тонких пленок СМАС при контактном режиме сканирования
[ПС]:[ПМА]=1:2 [ПС]:[ПМА]=1:1
![Page 30: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/30.jpg)
30
[ПС]:[ПМА]=1:2 [ПС]:[ПМА]=1:1
Полуконтактный режим сканирования
Видно микрофазовое разделение блок-сополимеров
![Page 31: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Фазовый контраст
![Page 32: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Одно проходные и двупроходные методики
Изображение из книги P. Eaton, P. West
![Page 33: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Трудности перевода
Dynamic mode
Intermittent contact mode
Tapping mode
Acoustic modeРезонансный режим
Полуконтактный режим
Динамический режим
Режим обстукивания
Прерывисто-контактный режимOscillating mode
Noncontact mode
Close contact mode
![Page 34: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Трудности перевода
Intermittent contact mode
Tapping mode
Acoustic mode
Резонансные режимы:
Полуконтактный режим
Режим обстукивания
Прерывисто-контактный режим
Noncontact mode
Бесконтактный режим
Noncontact mode – некоторые производители
Полуконтактный режим
Бесконтактный режим
Real noncontact modeClose contact mode
![Page 35: резонансные методы сканирующей зондовой микроскопии (1)](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022052522/54982a10b47959e30f8b49cd/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Литература
1. P. Eaton, P. West Atomic force microscopy 20102. Миронов В.Л основы сканирующей зондовой микроскопии 2004 3. Dror Sarid Exploring Scanning Probe Microscopy with MATHEMATICA
20074. Sergei N. Magonov, Myung-Hwan Whangbo Surface Analysis with STM
and AFM 19965. A. Ikai The world of nano-bio mechanics 20076. http://nanoandmore.com7. http://femtoscanonline.com8. http://www.nanoscopy.ru9. http://www.bruker.com10. http://www.agilent.com11. http://www.ntmdt.com