真空调频原子力显微镜系统设计
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作者:
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中北大学仪器与电子学院,太原 030051

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中图分类号:

TH741

基金项目:

科技部国家重点研发计划(2018YFF01012502); 国家自然科学基金(61874100); 山西省重点研发计划(201803D421037); 山西“1331工程”重点学科建设(1331KSC)项目资助


Design of vacuum frequency modulation atomic force microscope system
Author:
Affiliation:

School of Instrument and Electronics,North University of China,Taiyuan 030051,China

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    摘要:

    原子力显微镜(AFM)作为微观领域表征物质性质的强有力工具,在科学研究中被广泛应用。现有的商业原子力显微镜的工作模式大都为调幅模式(AM-AFM),受品质因子 Q 的影响限制了进一步的高分辨率成像研究。为进一步提高分辨率,设计研发了调频原子力显微镜(FM-AFM),分析了影响系统分辨率的重要因素,并且设计了真空系统,以此提高探针悬臂的品质因子 Q。本文对真空环境下 FM-AFM 的系统性能进行了实验和研究,从系统灵敏度以及测量效果等方面讨论了真空环境下 FM-AFM 相较于大气环境下的优越性。系统功率谱密度达到10 mHz/■,系统灵敏度 Δf≤0.02Hz,探针悬臂的品质因子 Q 达到14 212,突破了原子力显微镜中的 Q 限制。

    Abstract:

    Atomic force microscopy (AFM) is used to characterize the properties of material in microscopic scale, which has a board application in scientific research. Most of the commercial atomic force microscopes work in amplitude modulation mode (AM-AFM), and the resolution of imaging is limited to quality factor Q. In this paper, we developed a frequency modulated atomic force microscope (FM-AFM) to improve resolution, and analyzed the important factors affecting the system resolution. In addition, we designed a vacuum system to improve the quality factor Q of the probe cantilever. For comparing the superiority in sensitivity and measurement effect of FM-AFM in vacuum environment with in atmospheric environment, the system performance of FM-AFM in vacuum environment were studied. The results show that the power spectral density of the system is 10mHz/√Hz, the system sensitivity is less than 0.02Hz, and the quality factor Q of the probe cantilever is 14212, which breaks the limit of Q in atomic force microscope.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

王旭东,温阳,王慧云,冯婕,秦丽,马宗敏.真空调频原子力显微镜系统设计[J].电子测量技术,2022,45(5):181-186

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