میکروسکوپ نیروی اتمی تشخیص لیزری
اصل اساسی میکروسکوپ نیروی اتمی این است که یک سر یک میکروکنتیور را که به نیروهای ضعیف بسیار حساس است ثابت کند و سر دیگر آن دارای نوک سوزنی ریز باشد. نوک سوزن به آرامی با سطح نمونه تماس می گیرد. به دلیل نیروی دافعه بسیار ضعیف بین اتمهای نوک سوزن و اتمهای سطح نمونه، میکروکنتیور با نوک سوزن نوسان میکند و با کنترل ثابت در جهت عمود بر سطح نمونه حرکت میکند. نیرو در حین اسکن با استفاده از روشهای تشخیص نوری یا تشخیص جریان تونلزنی، میتوان تغییرات موقعیت ریزکنتیلور مربوط به نقاط اسکن را اندازهگیری کرد و در نتیجه اطلاعاتی در مورد مورفولوژی سطح نمونه به دست آورد. در مرحله بعد، ما میکروسکوپ نیروی اتمی (Laser AFM)، خانواده ای از میکروسکوپ های کاوشگر روبشی را که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثالی برای توضیح اصول کار آن به تفصیل در نظر می گیریم.
پرتو لیزر ساطع شده توسط یک دیود لیزر از طریق یک سیستم نوری بر پشت کنسول متمرکز می شود و از پشت کنسول به یک آشکارساز موقعیت نقطه ای متشکل از فتودیود منعکس می شود. در حین اسکن نمونه، به دلیل نیروی برهمکنش بین اتمهای روی سطح نمونه و اتمهای نوک کاوشگر میکروکنتیلر، ریزکنتیلر خم میشود و با مورفولوژی سطح نمونه نوسان میکند و پرتو بازتابشده نیز جابهجا میشود. بر این اساس. بنابراین، با تشخیص تغییرات در موقعیت نقطه نوری از طریق یک فتودیود، می توان اطلاعاتی در مورد مورفولوژی سطح نمونه آزمایش شده به دست آورد.
در طول کل فرآیند تشخیص و تصویربرداری سیستم، فاصله بین کاوشگر و نمونه آزمایش شده همیشه در سطح نانومتر (10-9) متر حفظ میشود. اگر فاصله خیلی زیاد باشد، نمی توان اطلاعات سطح نمونه را به دست آورد. اگر فاصله خیلی کم باشد، به پروب و نمونه آزمایش شده آسیب می رساند. عملکرد حلقه بازخورد به دست آوردن قدرت برهمکنش نمونه پروب از پروب در طول فرآیند کار، تغییر ولتاژ اعمال شده در جهت عمودی اسکنر نمونه است، به طوری که نمونه را منبسط و منقبض می کند، فاصله را تنظیم می کند. بین پروب و نمونه آزمایش شده، و به نوبه خود قدرت برهمکنش نمونه پروب را کنترل می کند و به کنترل بازخورد دست می یابد. بنابراین، کنترل بازخورد مکانیزم اصلی کار این سیستم است.
این سیستم از یک حلقه کنترل بازخورد دیجیتالی استفاده می کند. کاربران می توانند با تنظیم چندین پارامتر مانند جریان مرجع، بهره انتگرال و بهره متناسب در نوار ابزار پارامتر نرم افزار کنترل، ویژگی های حلقه بازخورد را کنترل کنند.
میکروسکوپ نیروی اتمی یک ابزار تحلیلی است که برای مطالعه ساختار سطحی مواد جامد از جمله عایق ها استفاده می شود. به طور عمده برای اندازه گیری مورفولوژی سطح، پتانسیل سطح، نیروی اصطکاک، ویسکوالاستیسیته، و منحنی I/V مواد استفاده می شود، این یک ابزار جدید قدرتمند برای توصیف خواص سطحی مواد است. علاوه بر این، این ابزار دارای عملکردهایی مانند دستکاری نانو و اندازه گیری الکتروشیمیایی نیز می باشد.
