與STM類(lèi)似,在AFM中,使用對(duì)微弱力非常敏感的彈性懸臂上的針尖對(duì)樣品表面作光柵式掃描。當(dāng)針尖和樣品表面的距離非常接近時(shí),針尖的原子與樣品表面的原子之間存在極微弱的作用力(10-12~10-6N),此時(shí),微懸臂就會(huì)發(fā)生微小的彈性形變。針尖與樣品之間的力F與微懸臂的形變之間遵循虎克定律:F=-k*x ,其中,k為微懸臂的力常數(shù)。所以,只要測(cè)出微懸臂形變量的大小,就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。
針尖與樣品之間的作用力與距離有強(qiáng)烈的依賴(lài)關(guān)系,所以在掃描過(guò)程中利用反饋回路保持針尖與樣品之間的作用力恒定,即保持為懸臂的形變量不變,針尖就會(huì)隨樣品表面的起伏上下移動(dòng),記錄針尖上下運(yùn)動(dòng)的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種工作模式被稱(chēng)為"恒力"模式(Constant Force Mode),是使用廣泛的掃描方式。
AFM的圖像也可以使用"恒高"模式(Constant Height Mode)來(lái)獲得,也就是在X,Y掃描過(guò)程中,不使用反饋回路,保持針尖與樣品之間的距離恒定,通過(guò)測(cè)量微懸臂Z方向的形變量來(lái)成像。這種方式不使用反饋回路,可以采用更高的掃描速度,通常在觀察原子、分子像時(shí)用得比較多,而對(duì)于表面起伏比較大的樣品不適用。
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