Kính hiển vi lực nguyên tử phát hiện laser
Nguyên lý cơ bản của kính hiển vi lực nguyên tử là cố định một đầu của một công xôn siêu nhỏ cực kỳ nhạy cảm với các lực yếu, còn đầu kia có một đầu kim cực nhỏ. Đầu kim tiếp xúc nhẹ với bề mặt mẫu. Do lực đẩy cực yếu giữa các nguyên tử ở đầu kim và các nguyên tử trên bề mặt mẫu nên microcantilever với đầu kim sẽ dao động và chuyển động theo hướng vuông góc với bề mặt mẫu bằng cách điều khiển hằng số lực trong quá trình quét. Bằng cách sử dụng phương pháp phát hiện quang học hoặc phát hiện dòng điện đường hầm, có thể đo được sự thay đổi vị trí của microcantilever tương ứng với các điểm quét, từ đó thu được thông tin về hình thái bề mặt của mẫu. Tiếp theo, chúng ta sẽ lấy Kính hiển vi lực nguyên tử (Laser AFM), một dòng kính hiển vi thăm dò quét thường được sử dụng làm ví dụ để giải thích chi tiết nguyên lý hoạt động của nó.
Chùm tia laser phát ra từ một diode laser được tập trung vào mặt sau của công cụ đúc hẫng thông qua một hệ thống quang học và được phản xạ từ mặt sau của công cụ đúc hẫng tới một máy dò vị trí tại chỗ bao gồm các điốt quang. Trong quá trình quét mẫu, do lực tương tác giữa các nguyên tử trên bề mặt mẫu và các nguyên tử ở đầu đầu dò của microcantilever, microcantilever sẽ bị uốn cong và dao động theo hình thái bề mặt của mẫu, đồng thời chùm tia phản xạ cũng sẽ dịch chuyển. tương ứng. Do đó, bằng cách phát hiện những thay đổi về vị trí của điểm sáng thông qua photodiode, có thể thu được thông tin về hình thái bề mặt của mẫu thử nghiệm.
Trong toàn bộ quá trình phát hiện và chụp ảnh hệ thống, khoảng cách giữa đầu dò và mẫu được kiểm tra luôn được duy trì ở mức nanomet ({0}} mét). Nếu khoảng cách quá lớn thì không thể thu được thông tin trên bề mặt mẫu. Nếu khoảng cách quá nhỏ sẽ làm hỏng đầu dò và mẫu thử. Chức năng của vòng phản hồi là thu được cường độ tương tác mẫu đầu dò từ đầu dò trong quá trình làm việc, thay đổi điện áp đặt theo hướng thẳng đứng của máy quét mẫu, để làm cho mẫu giãn nở và co lại, điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dò và mẫu được thử nghiệm, đồng thời kiểm soát cường độ tương tác của mẫu đầu dò, đạt được khả năng kiểm soát phản hồi. Vì vậy, điều khiển phản hồi là cơ chế hoạt động cốt lõi của hệ thống này.
Hệ thống này sử dụng vòng điều khiển phản hồi kỹ thuật số. Người dùng có thể kiểm soát các đặc tính của vòng phản hồi bằng cách thiết lập một số tham số như dòng tham chiếu, mức tăng tích phân và mức tăng tỷ lệ trên thanh công cụ tham số của phần mềm điều khiển.
Kính hiển vi lực nguyên tử là một công cụ phân tích dùng để nghiên cứu cấu trúc bề mặt của vật liệu rắn, bao gồm cả chất cách điện. Chủ yếu được sử dụng để đo hình thái bề mặt, thế năng bề mặt, lực ma sát, độ nhớt đàn hồi và đường cong I/V của vật liệu, nó là một công cụ mới mạnh mẽ để mô tả đặc tính bề mặt của vật liệu. Ngoài ra, thiết bị này còn có các chức năng như thao tác nano và đo điện hóa.
