レーザー検出機能付き原子間力顕微鏡
原子間力顕微鏡の基本原理は次のとおりです。弱い力に非常に敏感なマイクロカンチレバーの一端が固定され、もう一端に小さなプローブチップが取り付けられています。チップはサンプル表面に静かに接触します。探針先端の原子と試料表面の原子の間には非常に弱い反発力があるため、走査中にこの力を一定に保つことにより、先端を備えたマイクロカンチレバーは、探針と試料表面の原子間の相互作用力によって定まる等電位面に従い、試料表面に対して垂直に上下運動します。光学的検出またはトンネル電流検出方法を使用すると、各走査点でのマイクロカンチレバーの位置変化を測定できるため、サンプルの表面トポグラフィーに関する情報を取得できます。以下では、走査型プローブ顕微鏡ファミリーの中で一般的に使用される、力検出にレーザービーム偏向を使用する原子間力顕微鏡 (レーザー AFM) を取り上げ、その動作原理を詳しく説明します。
システムのイメージングおよび検出プロセス全体を通じて、プローブと試験サンプル間の距離はナノメートルスケール (10-9 m) に維持されます。距離が大きすぎると試料の表面情報を取得できなくなります。距離が小さすぎると、プローブと試験サンプルの両方が損傷します。フィードバック ループは次のように機能します。動作中、プローブからプローブとサンプルの相互作用力の大きさを受け取り、サンプル スキャナーの垂直軸に印加される電圧を調整します。これによりサンプルが伸縮することでプローブとサンプルの間隔が調整され、プローブとサンプルの相互作用力の大きさが安定してフィードバック制御が実現されます。したがって、フィードバック制御がこのシステムの核となる動作メカニズムを構成します。
このシステムはデジタルフィードバック制御ループを採用しています。制御ソフトウェアのパラメータツールバーで基準電流、積分ゲイン、比例ゲインなどのパラメータを設定することにより、フィードバックループの特性を制御できます。
