2. Давление света
Исследовал пондеромоторные силы в различны системах
Высказал гипотезу о существовании пондеромоторных сил между двумя
«лучеиспускающими молекулами»
Лебедев П.Н.
3. Измерение сил взаимодействия
между телами
Дерягин Б.В.
Использование системы аналоговой обратной связи для поддержания расстояния
0>+
dz
df
k
Условие
равновесия
m
zf −
~
z
k
f
z <<=∆
5. Макроскопический подход
Лифшиц Е.М.
Сила взаимодействия осуществляется посредством флуктуационного
электромагнитного поля и является решением уравнений Максвелла
)('')(')( ωεωεωε i+=
χε in +=
( ) ω
ξω
ωωε
π
ξε di ∫
∞
+
+=
0
22
)(''2
1)(
( )( )
( )( )
( )( )
( )( )
dx
e
xxxx
xxxx
e
xxxx
xxxx
kTN
x
c
kT
f
N
c
xkTNH
c
xkTNH
∑ ∫
∞
=
∞
⋅⋅
−
−+−−+−
++−++−
+
−
−+−−+−
++−++−
=
0 1
4
2
2
21
2
1
2
2
21
2
1
4
2
2
2
1
2
2
2
1
3
2
3
1
11
11
1
1
11
11
12
ππ
εεεε
εεεε
εε
εε
π
π
4
H
B
f =
6. Кантилеверы
• Зонды для микроскопии изготавливаются из
кремния или нитрида кремния литографическими
методами.
• Острия выращиваются травлением кремния
• Проводимость и магнитные свойства зонда обычно
обеспечиваются специальными покрытиями.
Общий вид Микрофотография острия
8. Scanning Probe Microscopy
Materials science:
Superconductivity
Charge density waves
Surface reconstruction
Glass transition and
phase separation in
polymers
Bionanoscopy:
DNA/RNA
Proteins
Biomolecule’s
conformation
Bacteria cells
Viruses
Nanotechnology:
Nanolithography
Manipulations of
atoms and molecules
9. Оценка сил и смещений
3 мкм
20 мкм
S ~ 1 мкм2
d = 1 мкм
U = 10 В
Сила действующая между иглой и образцом:
2
2
0
2d
SU
E
x
F
ε
∝
∂
∂
−∝
Нашем случае это дает:
Н104,0~ 9−
⋅F
Или для смещения иглы:
нм3~x
F(U)
-26
-23
-20
-17
-14
-11
-8
-5
1 2 3 4 5 6 7 8
U, В
RMS,мВ
10. Оценка сил взаимодействия зонда с поверхностью
2
22
2 d
UCU
z
F ∝
∂
∂
−∝
Система зонд-поверхность представляется
как плоский конденсатор с параметрами:
S = 100х100 нм2
— площадь
d = 50 нм — зазор.
Сила взаимодействия составит:
Для напряжения
U = 10 В
Сила взаимодействия будет
F = 2 нН
Соответствует смещению
Z = 0,4 нм
При жесткости кантилевера
k = 5 Н/м
16. Общий принцип работы зондового микроскопа
Режимы работы обратной связи:
•Режим постоянной высоты
•Режим постоянного параметра
17. Многомерные представления данных в СЗМ
В общем случае в СЗМ состояние зонда задают
следующие параметры:
Положение по трем координатам X, Y, Z
Сила взаимодействия с поверхностью F
Разность потенциалов между зондом и
поверхностью U
Величина протекающего тока I
Амплитуда Α, фазу ϕ и частоту f механических
колебаний зонда
Амплитуда Iac, фазу φ и частоту ω протекающего
переменной тока I(t)
Обобщая приведенные ранее идеи можно ввести
понятие о много мерном представлении
На практике используются и наглядно
визуализируются лишь представления четырех
мерные вида F(x,y,z) и «трехсполовиноймерные»
данные (F,I)(z,U) как в СРМ, основные двухмерные
I(x,y), Z(x,y) и одномерные I(U), I(z), F(z)
Ψ=
=
),,,,,(
),,,,,(
fUzyxAA
IUzyxFF ω
18. Использование методики сканирующей зондовой микроскопии
Проведение эксперимента
Подготовка образцов
•Нанесение образцов:
Растворы, расплавы
•Порошки
•Готовые образцы
•Биополимеры
•Живые системы
Измерения Обработка результатов
•Работа с прибором
•Работа с программой и
управление прибором
•Анализ шероховатости
поверхности
•Измерение размеров
объектов
•Измерение свойств
поверхности
•Учет артефактов
27. ФемтоСкан Онлайн
• Множество разнообразных
фильтров для СЗМ
– Линейные
– Нелинейные
– Специальные фильтры
для сканирующей
зондовой микроскопии
• Различные средства для
анализа данных
– Профили
– Гистограммы
– Фурье-анализ
– и др..
• Различные способы
получения данных
– Поддержка более 20
форматов других СЗМ
– Импорт текстовых данных
– Импорт TWAIN- и видео
источников
• Модульная структура
– Основные фильтры
– СЗМ фильтры
– ГОСТ-модуль
Программное обеспечение для сканирующей зондовой микроскопии
30. Рост белковых кристаллов
Каждый пик на гистограмме
распределения точек по
высоте соответствует
отдельной ступени
кристалла.
Среднее расстояние между
террассами 7,6 нм
32. Состояние контакта зонд поверхность
При сканировании на дефектах
поверхности происходит
изменение состояния контакта
системы зонд-поверхность.
Образец Образец
33. Влияние адсорбированного вещества
Подвод к поверхности Отвод от поверхности
Зависимость силы от расстояния F(z)
Зависимость тока от расстояния I(z)
Зависимость силы от расстояния F(z)
Зависимость тока от расстояния I(z)
Запаздывание электрического контакта относительно механического
Присутствие тока при залипании кантилевера
Обобщая приведенные ранее идеи можно ввести понятие о много мерном представлении На практике используются и наглядно визуализируются лишь представления четырех мерные вида F(x,y,z) и трехсполовиноймерные данные как в СРМ (F,I)(z,U) , основные двухмерные и одномерные I(x,y), I(U), I(z), F(z)
