الكشف بالليزر مجهر القوة الذرية
المبدأ الأساسي لمجهر القوة الذرية هو تثبيت أحد طرفي الكابولي الدقيق الذي يكون حساسًا للغاية للقوى الضعيفة، ويكون الطرف الآخر مزودًا برأس إبرة صغيرة. طرف الإبرة يتصل بخفة بسطح العينة. نظرًا للقوة التنافرية الضعيفة للغاية بين الذرات الموجودة عند طرف الإبرة والذرات الموجودة على سطح العينة، فإن الميكروكانتيليفر مع طرف الإبرة سوف يتقلب ويتحرك في الاتجاه العمودي على سطح العينة عن طريق التحكم في الثابت القوة أثناء المسح. باستخدام طرق الكشف البصري أو الكشف عن تيار الأنفاق، يمكن قياس تغيرات موضع الميكروكانتيليفر المقابلة لنقاط المسح، وبالتالي الحصول على معلومات عن مورفولوجيا سطح العينة. بعد ذلك، سنأخذ مجهر القوة الذرية (Laser AFM)، وهو عائلة شائعة الاستخدام من مجاهر المسح الضوئي، كمثال لشرح مبدأ عمله بالتفصيل.
يتم تركيز شعاع الليزر المنبعث من صمام ثنائي ليزر على الجزء الخلفي من الكابولي من خلال نظام بصري، وينعكس من الجزء الخلفي من الكابولي إلى كاشف موضع البقعة المكون من الثنائيات الضوئية. أثناء مسح العينة، نظرًا لقوة التفاعل بين الذرات الموجودة على سطح العينة والذرات الموجودة عند طرف مسبار الكابولي الدقيق، سوف ينحني الكابولي الصغير ويتقلب مع شكل سطح العينة، وسوف يتحول الشعاع المنعكس أيضًا وفقاً لذلك. لذلك، من خلال الكشف عن التغيرات في موضع بقعة الضوء من خلال الثنائي الضوئي، يمكن الحصول على معلومات حول مورفولوجيا سطح العينة التي تم اختبارها.
طوال عملية اكتشاف النظام وتصويره بالكامل، يتم دائمًا الحفاظ على المسافة بين المسبار والعينة التي تم اختبارها عند مستوى النانومتر (10-9 متر). إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، فلا يمكن الحصول على معلومات على سطح العينة. إذا كانت المسافة صغيرة جدًا، فسوف يؤدي ذلك إلى تلف المسبار والعينة التي تم اختبارها. تتمثل وظيفة حلقة التغذية المرتدة في الحصول على قوة تفاعل عينة المسبار من المسبار أثناء عملية العمل، وتغيير الجهد المطبق في الاتجاه الرأسي لماسح العينة، وذلك لجعل العينة تتوسع وتتقلص، وضبط المسافة بين المسبار والعينة المختبرة، وبالتالي التحكم في قوة تفاعل عينة المسبار، مما يحقق التحكم في التغذية الراجعة. ولذلك، فإن التحكم في ردود الفعل هو آلية العمل الأساسية لهذا النظام.
يعتمد هذا النظام حلقة تحكم رقمية في ردود الفعل. يمكن للمستخدمين التحكم في خصائص حلقة التغذية المرتدة عن طريق تعيين العديد من المعلمات مثل التيار المرجعي، والكسب المتكامل، والكسب النسبي في شريط أدوات المعلمات لبرنامج التحكم.
مجهر القوة الذرية هو أداة تحليلية تستخدم لدراسة البنية السطحية للمواد الصلبة، بما في ذلك العوازل. يستخدم بشكل أساسي لقياس شكل السطح، وإمكانات السطح، وقوة الاحتكاك، واللزوجة المرنة، ومنحنى I/V للمواد، وهو أداة جديدة قوية لتوصيف خصائص سطح المواد. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي هذه الأداة أيضًا على وظائف مثل معالجة النانو والقياس الكهروكيميائي.
