¿Cuáles son los modos de funcionamiento de un microscopio de fuerza atómica? Describamos su principio de funcionamiento.
Respuesta: El microscopio de fuerza atómica tiene modo de contacto y modo de golpeteo. Sus principios de funcionamiento son los siguientes.
1) Modo de contacto
Un micro voladizo muy sensible a la fuerza está fijo en un extremo y tiene una pequeña sonda en el otro extremo. Cuando la sonda toca ligeramente la superficie de la muestra, debido a la punta Hay una fuerza repulsiva muy débil (10-8~10-7N) entre los átomos de la punta y los átomos de la superficie de la muestra si se utiliza un controlador de escaneo cerámico piezoeléctrico para generar un escaneo relativo entre la punta y la muestra. superficie, las alturas de los átomos en la superficie de la muestra fluctuarán. Esto hará que el microvoladizo se doble y se deforme. La cantidad de deformación se puede detectar utilizando una palanca óptica o un método de corriente de túnel. una señal eléctrica y se devuelve al circuito de control del escáner para cambiar el voltaje de accionamiento del eje Z del escáner para permitir el escaneo. El dispositivo se mueve en dirección vertical para ajustar la distancia entre la punta y la muestra para evitar la deformación por flexión de la misma. El micro voladizo permanece constante durante el proceso de escaneo horizontal, es decir, la fuerza entre la sonda y la muestra permanece constante. Bajo este mecanismo de retroalimentación, al registrar los cambios en el voltaje de accionamiento del eje Z del escáner durante todo el proceso de exploración de la superficie de la muestra por parte de la sonda, se puede inferir la morfología de la superficie del trigo de la muestra.
2) Modo de golpeteo
Utilice un elemento cerámico piezoeléctrico para hacer vibrar el microvoladizo, y su frecuencia de vibración es ligeramente mayor que la frecuencia de vibración mecánica más baja de la sonda (aproximadamente 50 kHz). Dado que la frecuencia de vibración de la sonda está cerca de su frecuencia máxima de oscilación, puede amplificar la señal de conducción. Cuando esta sonda de vibración forzada se ajusta cerca de la superficie de la muestra (2 a 20 nm), se producirá una atracción débil entre la sonda y la muestra. Esta atracción sobre materiales semiconductores y aislantes es principalmente la tensión superficial o atracción de van der Waals condensada entre la punta de la sonda y la muestra. Aunque esta fuerza de atracción es 1000 veces menor que la repulsión entre átomos registrada en el modo de contacto, esta fuerza de atracción reducirá la frecuencia de oscilación de la sonda y la frecuencia de conducción y la frecuencia de oscilación aumentarán. La amplitud de la punta de la sonda disminuye. Cuando la sonda pasa a través de crestas en la superficie, la fuerza de atracción aumenta y su amplitud disminuye; mientras que cuando pasa a través de depresiones en la superficie, su amplitud aumenta. Los cambios de amplitud se pueden detectar óptica o eléctricamente. El sistema de retroalimentación cambia el voltaje de accionamiento del eje z del escáner piezoeléctrico de acuerdo con el cambio de amplitud, de modo que la amplitud (es decir, la distancia entre la sonda y la superficie de la muestra) permanece constante. Al igual que el tipo de contacto, el cambio en el voltaje impulsor del eje z se utiliza para caracterizar la morfología de la superficie de la muestra.