정전력현미경

정전력 현미경(EFM)은 정전력이 조사되는 동적 비접촉식 원자력 현미경의 일종이다. ("역동적"은 여기서 캔틸레버가 진동하고 있고 샘플과 접촉하지 않는다는 것을 의미한다.) 이 힘은 분리된 전하의 끌어당김이나 반발로 발생한다. 원거리 힘이며 샘플에서 100nm 이상 검출할 수 있다.

힘 측정

예를 들어, 일반적으로 진공에 의해 거리 z를 분리하는 전도성 캔틸레버 팁과 샘플을 고려해 보십시오. 팁과 샘플 사이의 바이어스 전압은 둘 사이에 커패시터 C를 형성하는 외부 배터리에 의해 적용된다. 시스템의 캐패시턴스는 팁과 샘플의 기하학에 따라 달라진다. 그 콘덴서에 저장된 총 에너지는 U = ½ C⋅ΔV이다². 커패시터 플레이트(팁과 샘플) 사이에 일정한 전압인 ΔV를 유지하기 위해 배터리가 수행하는 작업은 -2U이다. 정의상 총 에너지_total U = -U의 음의 구배를 취하는 것은 힘을 준다. 따라서 힘의 z 성분(끝과 샘플을 연결하는 축을 따라가는 힘)은 다음과 같다.

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

e e

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

c

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

c

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

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F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

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F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}

2

{\

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partial C}{\partial z}\delta V^{2

이후.mw-parser-output .frac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.frac.num,.mw-parser-output.frac .den{:80%;line-height:0;vertical-align:슈퍼 font-size}.mw-parser-output.frac .den{vertical-align:서브}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}∂C⁄∂z<0톤그의 힘 항상 매력적이다. 정전기력은 전압을 변화시켜 탐사할 수 있으며, 그 힘은 전압에 대해 포물선이다. 한가지 주목할 점은 ΔV가 단순히 팁과 샘플 사이의 전압 차이가 아니라는 것이다. 팁과 샘플은 같은 소재가 아닌 경우가 많고, 더욱이 갇힌 전하, 파편 등의 영향을 받을 수 있기 때문에 두 사람의 작업 기능에는 차이가 있다. 이 차이를 전압으로 표현하면 접점 전위차라고 하는데, V_CPD 이로 인해 포물선의 정점이 ΔV = V_tip_sample - V = 0으로_CPD 정지한다. 일반적으로 V_CPD 값은 수백 밀리볼트의 순서로 되어 있다. 피코뉴턴만큼 작은 힘은 이 방법으로 일상적으로 감지될 수 있다.

비접촉식 원자력 현미경

일반적인 형태의 전기현미경 검사에는 비접촉식 AFM 작동 모드가 포함된다. 이 모드에서 캔틸레버는 캔틸레버의 공명 주파수로 진동하며 AFM 팁은 반발력 접촉체계에 들어가지 않고 원거리 정전력으로만 감지하도록 유지된다. 이 비접촉 체제에서 전기력 구배는 캔틸레버의 공명 주파수에 변화를 일으킨다. EFM 영상은 정전력 구배에 대응하여 캔틸레버 진동, 위상 및/또는 주파수 이동을 측정하여 생성할 수 있다.

몰입

정전기현미경을 사용하면, 그것이 기초하고 있는 원자력현미경처럼, 전도성 액체가 검출된 정전기력을 일으키는 전위차이의 성립을 방해하기 때문에, 표본은 비전도성 액체에만 담글 수 있다.

참고 항목

켈빈 프로브 힘 현미경 – V의 측정을_CPD 강조하지 않는 한 EFM과 매우 유사한 스캐닝 프로브 현미경 기술.
자기력 현미경 – 정전기력 구배 대신 자기력 구배를 측정하는 관련되고 유사한 기술.

참조

L. 칸토로비치, A. 리브시츠, M. 스톤햄, J. 체육관:콘덴스. 물질 12, 795(2000)
S. Suh와 M.F. Arnsdorf, PNAS 92 (1995) 10384의 "Aquous Solutions에서 표면 전하 탐색을 위한 정전력 현미경"

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