克服直线扫描探针显微镜(SPM)的故障

Nearly every specialist in the SPM community has confronted failures in their experience due to mutual displacement of probe and sample. This effect occurs due to thermal or mechanical drifts inside the 原子力显微镜 system. The results of the entire experiment could be disastrous, specifically for small scan areas (less than 1 nm).

压电陶瓷特性引起的机械漂移

甚至最高效的压电陶瓷器件也可能受到非线性,蠕变和磁滞的影响。应用专用软件和闭环(CL)校正是确保系统最终可重复性的唯一方法。实际上,CL传感器总是在系统中产生一些噪声,因此,大多数商用SPM不能用于闭环校正小于500 nm的场。

拟议的解决方案

独特的设计 恩特格拉 热测量头能够保持超高的重现性和探头移动的稳定性。在市售仪器中,NTEGRA Therma的扫描仪传感器的噪音水平最低。

通过工程解决方案,可以对小至50 nm的区域进行硬件校正。实际上,即使打开CL传感器,也可以对原子晶格成像。

SPM零件热膨胀不均匀引起的热漂移

容易识别3的温度噪声–即使在恒温室内也能达到5K。在SPM运行期间还会产生一些热量。对于可商购的SPM,热漂移的典型值为每小时数十纳米。随着实验温度范围的扩大,热漂移的影响变得更加突出。对于普通SPM,每开尔文将近几百纳米的漂移成为惯例。

拟议的解决方案

恩特格拉 Therma集成了独特的设计解决方案以抵抗热漂移。诸如扫描模块温度的精确稳定,彻底发展的系统几何形状以及具有类似电导率和热膨胀系数的材料的特殊组合等特定功能,以及其他各种功能使XY漂移小至3–在室温下为5 nm / K,在不同温度下约为10 nm / K。

以极低的扫描速率获得HOPG的原子晶格

图1。 以极低的扫描速率获得HOPG的原子晶格。(about 1 line/sec)

云母的原子晶格,用闭环校正成像。

图2。 云母的原子晶格,用闭环校正成像。

长期实验中的纳米管和纳米颗粒。

图3。 长期实验中的纳米管和纳米颗粒。 7小时的总位移约为35nm。样品由美国佛罗里达大学物理系H. B. Chan博士提供

原子力显微镜-Based Tomography Using the 恩特格拉 Tomo

原子力显微镜层析成像是一种基于超薄切片以及原子力显微镜的技术(AFM). It enables the investigation of inner properties of nearly all polymer materials, including pretty hard ones. Following serial 原子力显微镜 imaging of the block face in combination with sectioning by an ultramicrotome, 3D reconstruction can be carried out.

Principle scheme of the 原子力显微镜 tomography setup: 1—sample; 2—sample holder; 3—可移动的超薄切片机臂; 4—超薄切片刀5—AFM scanner; 6—probe holder; 7—AFM probe

图4。 Principle scheme of the 原子力显微镜 tomography setup: 1—sample; 2—sample holder; 3—可移动的超薄切片机臂; 4—超薄切片刀5—AFM scanner; 6—probe holder; 7—AFM probe

聚合物基质(纳米复合材料)中的二氧化硅纳米颗粒。每个单独的图像尺寸为20 x 40 nm,间距为200 nm。样本由以色列Technion的Aliza Tzur博士提供

图5。 聚合物基质中的二氧化硅纳米粒子(纳米复合材料)。每个单独的图像尺寸为20 x 40 nm,间距为200 nm。样本由以色列Technion的Aliza Tzur博士提供

多组分聚合物共混物的3D模型。型号尺寸8.0 x 5.6 x 0.6µm,部分之间的间隔40 nm。样本由Institut f。Christian Sailer博士提供。 ETH,Honggerberg,瑞士

图6。 多组分聚合物共混物的3D模型。型号尺寸8.0 x 5.6 x 0.6µm,部分之间的间隔40 nm。样本由Institut f。Christian Sailer博士提供。 ETH,Honggerberg,瑞士

原子力显微镜 tomography of resin-embedded cyanobacteria. Photosynthetic membrane lamellae are clearly seen both on enlarged 原子力显微镜 image and on a 3D model (4.9 x 4.6 x 0.9 µm,部分之间的间隔50 nm)。样品由瑞士苏黎世联邦理工学院N. Matsko博士提供

图7。 原子力显微镜 tomography of resin-embedded cyanobacteria. Photosynthetic membrane lamellae are clearly seen both on enlarged 原子力显微镜 image and on a 3D model (4.9 x 4.6 x 0.9 µm,部分之间的间隔50 nm)。样品由瑞士苏黎世联邦理工学院N. Matsko博士提供

SPM +共聚焦显微镜/光谱学

组合优势

SPM与共聚焦显微镜/光谱学结合使用可同时对样品表面相同区域进行化学和物理表征。 恩特格拉光谱 成功地将荧光显微镜和光谱学相结合,拉曼,SNOM(近场光学显微镜), and 原子力显微镜 techniques.

Furthermore, unique 没有 nlinear optical effects that occur as a result of the interaction of light with an SPM probe result in huge enhancement of fluorescence and Raman signals. The precise spatial coordination of a special 原子力显微镜 tip and focused laser spot has made 尖端增强拉曼散射(TERS)实验成为可能。现在可以以远远超过衍射极限的分辨率进行光学表征。

拉曼显微镜具有超高的空间分辨率。一种—尖端增强拉曼散射(TERS) experiment; B—探头着陆时,碳纳米管G带的强度增加了几个数量级。 C—碳纳米管束的共焦拉曼像; d—同一纳米管束的TERS图像。注意,与共聚焦显微镜相比,TERS的空间分辨率提高了四倍以上。数据由荷兰TUE的S. Kharintsev博士和J. Loos博士提供;和俄罗斯ISSP RAS的P. Dorozhkin博士。

图8。 拉曼显微镜具有超高的空间分辨率。一种—尖端增强拉曼散射(TERS) experiment; B—探头着陆时,碳纳米管G带的强度增加了几个数量级。 C—碳纳米管束的共焦拉曼像; d—同一纳米管束的TERS图像。注意,与共聚焦显微镜相比,TERS的空间分辨率提高了四倍以上。数据由荷兰TUE的S. Kharintsev博士和J. Loos博士提供;和俄罗斯ISSP RAS的P. Dorozhkin博士。

通过明视野显微镜(A),β-胡萝卜素系的拉曼显微镜(B)和自发荧光的共聚焦显微镜(C)观察到微藻。示例由澳大利亚维多利亚州莫纳什大学的Don McNaughton博士提供。

图9。 明亮视野显微镜观察到的微藻(A),β-胡萝卜素线的拉曼显微镜(B),以及自发荧光的共聚焦显微镜(C)。示例由澳大利亚维多利亚州莫纳什大学的Don McNaughton博士提供。

用FITC标记的抗体染色的线粒体的SNOM图像。注意XY分辨率超出衍射极限。

图10。 用FITC标记的抗体染色的线粒体的SNOM图像。注意XY分辨率超出衍射极限。

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引文

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    NT-MDT频谱仪器。(2019, October 31). 克服直线扫描探针显微镜(SPM)的故障. AZoOptics. Retrieved on January 14, 2021 from //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=226.

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    NT-MDT频谱仪器。"克服直线扫描探针显微镜(SPM)的故障". AZoOptics. 14 January 2021. <//www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=226>.

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  • 哈佛大学

    NT-MDT频谱仪器。2019. 克服直线扫描探针显微镜(SPM)的故障. AZoOptics, viewed 14 January 2021, //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=226.

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