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轻敲式原子力显微镜动力学响应的仿真与实验研究

彭安杰  魏征  
【摘要】:轻敲模式(TM)是原子力显微镜(AFM)中使用最广泛的操作模式之一,其核心部件是对力极为敏感的微悬臂梁。因此,研究微悬臂梁的动态响应对于轻敲式原子力显微镜(TM-AFM)的成像具有重要意义。为了获得微悬臂梁的响应,建立了考虑针尖质量的微悬臂梁模型。同时,还建立了微悬臂梁的简化模型。针尖和样品之间的相互作用力分别通过非线性的Dejarguin-Muller-Toporov(DMT)接触模型和线性弹簧模型进行了简化。通过数值仿真得到了简化模型在不同条件下针尖位移的时程响应。通过数值仿真与实验结果对比,证明了针尖位移的时程响应是关于平衡位置对称的正弦波。另外,通过模拟得到了高度相同、表面性质不同的样品的相位以及两个表面间的相位差。证明了减少背景耗散可以增加相位的对比度,这对提高TM-AFM的相位成像质量具有重要的参考价值。本研究对从实验和理论上理解微悬臂梁在轻敲模式下的响应具有重要意义,也为TM-AFM的反馈和控制以及相位成像的优化提供了参考。

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