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多频原子力显微镜 (MF-AFM)

相关产品: MFLI , HF2LI , UHFLI , MF-MD , HF2LI-MF , UHF-MF

应用介绍

Multi-frequency AFM Setup

原子力显微镜采用的多频技术 (MF-AFM) 可以从尖-样本相互作用中区分机械、电、磁或光学响应等形式表现的不同影响。MF-AFM 易受到非线性效应的影响,非线性效应会导致悬臂的稳态振荡产生谐波失真。大多数 AFM 传感器有多个本征模态,频率可达数 MHz ,因此都可以加以利用,对各个模态分别进行驱动和检测,并进行适当调整来测量各种物理现象。例如,双模态激励、双谐波开尔文探针力、多谐波模式,以及多种扫描近场光学显微镜 (SNOM) 或针尖增强技术通常会对产生的高次谐波加以利用。

测量方案

对来自一个或多个输入的多个频率分量同时进行解调是多频技术的关键要求。测量模式的选择取决于信息主要是包含在本征模态(即谐振器的固有振动模态)中、谐波(即基频的整数倍)中还是同时包含在两者中。尽管如此,我们可以区分 MF-AFM 的三种不同测量方案:

  • 驱动和测量多个本征模态,这些不同的本征模态对应来自不同相互作用(例如电气和机械)力的影响。这种类型的测量可以在开环或闭环配置下进行,闭环可以主动跟踪共振频率。
  • 高次本征模态表现出不同的品质因数 Q 和刚度 k,并且能被驱动在不同的振幅 A:这导致谐振器和尖端-样本相互作用之间有着不同的耦合强度和响应。使用不同的本征模态来检测短程力,可在第一模态上保持小振幅,并在第二模态上保持大振幅并使反馈稳定。
  • 在尽可能多的谐波分量上记录尖端-样本相互作用,从逆快速傅立叶变换 (IFFT) 中完全重建非线性相互作用。

因此,广泛而多样的测量能力和可调调制参数对于设计和优化实验装置而言至关重要。

选择苏黎世仪器的好处

  • 苏黎世仪器的所有产品都内置了多频驱动和多解调检测功能,可实现快速设置和重新配置。例如,根据仪器平台的不同,可以通过基于 MF-MDHF2LI-MFUHF-MF 选件的升级,在单模拟通道或双模拟通道上输出正弦波的线性叠加。
  • 仅使用一台仪器,您就可以同时测量各种本征模态和谐波的所有频率分量。输入信号可以来自垂直或横向偏转,并且可以同时测量。
  • 在对表面进行成像或在力谱模式下,借助 LabOne 数据采集 (DAQ) 模块可以同时采集所有测量信号(记录相位、振幅、频率、PID 误差等)。
  • 通过驱动和检测之间的移相器,或调整两个驱动信号之间的相位差,可实现信号强度最大化。这对相位相关的信号尤为重要,例如在耗散开尔文探针力显微镜 (D-KPFM)、Q-Control 或磁共振力显微镜 (MRFM) 中研究的信号。
  • UHFLI 锁相放大器的解调时间常数可低至 30 ns,因此可以将多频功能与高速扫描成功结合。
  • 输入和输出通道的数量可按照您的需求增加:多设备同步 (MDS) 可以将多个仪器无缝集为一体。

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Publications

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