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非接觸式原子力顯微鏡 (NC-AFM)

簡介：

非接觸式原子力顯微鏡 (NC-AFM) 又稱動態力顯微鏡 (DFM)，這是一種迄今為止在現實空間中達到最高顯微鏡分辨率（亞原子級）的 AFM 模式。大多數 NC-AFM 應用都是在超高真空 (UHV) 和/或低溫環境中進行，以便利用高 Q 因子帶來的靈敏度。這對于短程力的測量或原子尺度上的成像非常重要。在相近的條件下，選用共振頻率跟蹤可以獲得比開環方法更快的響應速度，并且還能實現定量共振增強。

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應用描述測量方案相關產品

應用描述

應用介紹

為了獲得最佳NC-AFM 性能，從儀器的角度看，有三個方面需要考慮：

共振時最高的相位斜率與最高的靈敏度直接相關。

操作 NC-AFM 時，應當采用高 Q 值諧振器（例如石英或 MEMS 傳感器），或者在真空環境中進行以便限制固有損耗。

伺服回路中的電子器件在加速后要有良好的弛豫特性。

高 Q 值意味著諧振器的固有帶寬小（與 f/2Q 成正比）。為了實現合理的像素停留時間，需要建立一個經過優化的鎖相環 (PLL)，在速度和分辨率之間實現最合適的折中。這與輕敲模式即 AM-AFM 方法不同，后者的相位可以自由變化，并且幅度的衰減可以在較長的時間尺度內完成。

線性化的系統可以進行準確的定量測量。

可以同時跟蹤相位和幅度，以提供更多有關耗散過程的信息。通過對共振進行緊密跟蹤，我們就能確保幅度的測量一定是在共振峰值處進行，從而實現定量分析所需的最高響應和恒定增益放大。

測量方案

測量策略

NC-AFM 通常又稱為調頻 AFM (FM-AFM)，原因在于針尖與樣品的相互作用會導致共振頻率發生消諧。由于 PLL 的存在，我們可以測量并跟蹤共振頻率的這種偏移，與此同時，自動增益控制器 (AGC) 將保持幅度恒定。

針尖的振蕩反映的是針尖與樣品的相互作用以及諧振器穩定可靠的振動之間進行卷積的結果：由于在動態模式下靜態影響相互抵消，因此可觀察到的實際結果就是與共振頻率偏移直接相關的力梯度。振蕩的幅度和相位可以通過鎖相探測技術測量，并且送入兩個不同的 PID 環中。如圖所示，在 NC-AFM 中，PLL 和 AGC 將共同影響振蕩器的驅動頻率以及輸出的激發電壓，從而形成為機械諧振器提供的驅動信號（即實際的信號輸出）。這種方法也可以應用于光機諧振器以及微/納機電系統 (MEMS/NEMS)。

PLL 和 AGC 的作用是鎖定驅動信號的相位，并將振蕩幅度保持在共振峰值處。這樣就可以使守恒過程與耗散過程相互分離，并保證定量測量得以順利進行。MFLI、UHFLI 和 HF2LI 鎖相放大器都可以搭配 PLL/PID 選件，通過仿真工具確定特定目標環路帶寬所適用的 P、I 和 D 值，以便對一個或多個反饋環進行優化。LabOne 控制軟件中的 PID Advisor 依賴的就是定量 DUT 傳遞函數模型。

掃描時，所有內部信號（例如相位、振幅、頻率和激發電壓）都可以輸出到模擬 BNC，也可以通過 LabOne 數據采集 (DAQ) 模塊或 LabOne API 進行數字記錄。將行尾 (EOL) 觸發或快速掃描軸作為觸發信號送入儀器后，我們就可以對齊數據以形成圖像。這樣即使有多個本征模態或諧波，我們也可以同時采集多個圖像。

相關產品

相關產品: MFLI、UHFLI、HF2LI

選擇 Zurich Instruments 的好處

? 無需在速度和分辨率之間進行取舍，PID Advisor 能幫助您選取最佳參數。

? LabOne DAQ 模塊讓您可以將數據采集與掃描引擎同步，以數字方式保存所有內部信號。

? 您可以將多頻和直接邊帶探測功能添加到您的設置方案中，實現一系列新的操作模式。

? 只需一個簡單的附件就能增強各種第三方顯微鏡的性能。

? 您可以通過 LabOne API 將 PLL/PID 功能集成到第三方軟件中。