Laserdetektion atomkraftmikroskop
Det grundlæggende princip for atomkraftmikroskopi er at fiksere den ene ende af en mikrocantilever, der er ekstremt følsom over for svage kræfter, og den anden ende har en lille nålespids. Nålespidsen berører let overfladen af prøven. På grund af den ekstremt svage frastødende kraft mellem atomerne ved spidsen af nålen og atomerne på overfladen af prøven, vil mikrocantileveren med nålespidsen fluktuere og bevæge sig i retningen vinkelret på prøvens overflade ved at kontrollere konstanten kraft under scanning. Ved at bruge optisk detektering eller tunnelstrømdetektionsmetoder kan positionsændringerne af mikrocantileveren svarende til scanningspunkterne måles, hvorved der opnås information om prøvens overflademorfologi. Dernæst vil vi tage Atomic Force Microscope (Laser AFM), en almindeligt brugt familie af scanning probe mikroskoper, som et eksempel for at forklare dets funktionsprincip i detaljer.
Laserstrålen, der udsendes af en laserdiode, fokuseres på bagsiden af cantileveren gennem et optisk system og reflekteres fra cantileverens bagside til en spotpositionsdetektor, der består af fotodioder. Under prøvescanning, på grund af vekselvirkningskraften mellem atomerne på overfladen af prøven og atomerne ved spidsen af mikrocantilever-sonden, vil mikrocantileveren bøje og fluktuere med overflademorfologien af prøven, og den reflekterede stråle vil også forskydes derfor. Ved at detektere ændringer i lysplettens position gennem en fotodiode kan der derfor opnås information om overflademorfologien af den testede prøve.
Gennem hele processen med systemdetektion og billeddannelse holdes afstanden mellem sonden og den testede prøve altid på nanometerniveau (10-9 meter). Hvis afstanden er for stor, kan information om prøvens overflade ikke opnås. Hvis afstanden er for lille, vil det beskadige sonden og den testede prøve. Funktionen af feedback-sløjfen er at opnå styrken af probeprøveinteraktionen fra sonden under arbejdsprocessen, ændre spændingen, der påføres i lodret retning af prøvescanneren, for at få prøven til at udvide og trække sig sammen, justere afstanden mellem sonden og den testede prøve, og igen kontrollere styrken af probeprøveinteraktionen, hvilket opnår feedbackkontrol. Derfor er feedbackkontrol kernearbejdsmekanismen i dette system.
Dette system anvender en digital feedback-kontrolsløjfe. Brugere kan kontrollere egenskaberne for feedback-sløjfen ved at indstille flere parametre såsom referencestrøm, integral forstærkning og proportional forstærkning i parameterværktøjslinjen i kontrolsoftwaren.
Atomkraftmikroskopi er et analytisk instrument, der bruges til at studere overfladestrukturen af faste materialer, herunder isolatorer. Hovedsagelig brugt til at måle overflademorfologi, overfladepotentiale, friktionskraft, viskoelasticitet og I/V-kurve af materialer, det er et kraftfuldt nyt instrument til at karakterisere materialers overfladeegenskaber. Derudover har dette instrument også funktioner som nanomanipulation og elektrokemisk måling.
