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简述原子力显微镜激光束反射的探测原理

点击次数:56 发布时间:2022-11-23
  原子力显微镜的探针与样品表面原子之间存在多种力,包括范德瓦耳斯力、排斥力、静电力、变形力、磁力、化学力等。使用原子力显微镜时,会消除范德瓦耳斯力和排斥力以外的力的影响。此外,除上述两种力外,其他力本身相对较小。因此,原子力显微镜检测到的原子力主要由范德瓦尔斯力和排斥力组成。其中,范德瓦尔斯力是吸引力,排斥力的本质是原子电子云之间的相互作用,其本质是量子效应。
 
  原子力显微镜的分辨能力主要取决于探针针尖的尺寸;微悬臂的弹性系数越低,原子力显微镜越敏感;悬臂长度与激光长度之比;探测器PSD对光斑位置的敏感性。对于一定分辨率的图像,扫描范围越小,表面形状越精细。
 
  原子力显微镜的悬臂大小在数十至数百微米,通常由硅或者氮化硅构成,其上装有探针,探针尖部的曲率半径在纳米量级。当探针被放置到样品表面附近时,悬臂上的探针头会因受到样品表面的范德瓦耳斯力而弯曲偏移。偏移由射在微悬臂上的激光束反射至光敏二极管阵列而测量到,较薄的悬臂表面常镀有反光材质以增强反射。其他方法还包括光学干涉法、电容法和压电效应法。这些探头通常采用压电效应的变形测量器制成。通过惠斯登电桥,探头的形变可以被测得,不过这种方法没有激光反射法或干涉法灵敏。
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