Application of the equipartition theorem to the thermal excitation of quartz tuning forks
对原子力显微镜热激励力传感器的偏转信号进行分析，可以获得有关探测器噪声和热力学等效定理正确性的重要信息。在这里，我们测量了音叉的热振幅的温度依赖性，并将其与基于均分定理的预期值进行了比较。在这样做的过程中，我们证明了这些假设的有效性，从140 K到300 K的温度范围内。此外，还讨论了均分定理在液氦温度下石英音叉中的应用。
2011-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
A comparsion of force sensors for atomic force microscopy based on quartz tuning forks and length extensional resonators
力传感器是影响原子力显微镜（AFM）性能的关键。如今，大多数AFM使用由硅制成的微机械力传感器，但压电石英传感器的应用越来越多，主要是在真空中。这些自感知力传感器允许相对容易地将扫描隧道显微镜升级为组合的扫描隧道/原子力显微镜。两种根本不同类型的石英传感器已经实现了原子分辨率：基于长度延伸谐振器的“针传感器”和基于音叉的“qPlus传感器”。在这里，我们计算和测量这些传感器的噪声特性。我们发现四个噪声源：偏转探测器噪声，热噪声，振荡器噪声和热漂移噪声。我们计算这些噪声源作为传感器刚度，带宽和振荡幅度的一个因素的影响。我们发现，对于自感知石英传感器，偏转检测器的噪声是独立的传感器刚度，而其余三个噪声源与传感器刚度强烈增加。偏转检测器噪声随带宽增加到1.5次幂，而热噪声和振荡器噪声与带宽的平方根成比例。然而，热漂移噪声与带宽成反比。前三个噪声源与幅度成反比，而热漂移噪声与幅度无关。因此，我们表明，较早的发现，引用的最佳信噪比的振荡幅度类似的范围内的力量仍然是正确的，当考虑所有四个频率噪声的贡献。最后，我们建议如何进一步提高传感器的信噪比，并简要讨论了安装技巧的挑战。
2011-07-26 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Unified Theory of Quartz Tuning Fork Resonators
Seoul National University（首尔大学）；Multiscale Instruments Inc.（多尺度仪器有限公司）
本文提出一个统一连续电弹性框架，结合压电电动力学、变分结构动力学和对称性选择的机电可观测性，定量解释了石英音叉谐振器的电学测量谱。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall physics.class-ph
A comprehensive semi-automated fabrication system for quartz tuning fork AFM probe with real-time resonance frequency monitoring and Q-factor control
Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院）；Multiscale Instruments（多尺度仪器）
本研究提出了一种综合半自动化系统，用于石英调音叉AFM探针的制造，通过实时频率监测和Q因子控制，提高成像精度和测量可靠性。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.atom-ph
Low-temperature scanning probe microscopy using a tuning fork transducer
我们研制了一种工作温度为4.2K的石英音叉低温扫描探针显微镜。一个商业悬臂的硅尖被连接到音叉的一个叉上。利用金属涂层，可以向尖端施加电势以感测样品中的电荷分布，而利用磁性涂层尖端，可以执行磁力成像。对于粗接近机构，我们开发了一种可靠的低温步行机，材料成本低，加工简单。我们获得了室温下硼纳米线和低温下磁性纳米结构的库仑力图像。对于提升模式扫描，我们采用了频率检测模式的第一次地形扫描和相位检测模式的第二次提升扫描。
2006-04-18 cond-mat.mes-hall
Operating a phase-locked loop controlling a high-Q tuning fork sensor for scanning force microscopy
音叉传感器的扫描力显微镜在300 mK的操作中的实施进行了描述和激励的谐振子模型的传感器。这些传感器在低温下表现出非常高的品质因数。根据线性控制理论分析了由传感器、锁相环和传统的$z$反馈组成的嵌套反馈，并识别了系统的主要噪声源。它示出的嵌套反馈具有低通响应，并且锁相环和$z$反馈的最佳反馈参数可以从音叉谐振的知识单独确定，而不管尖端形状。该系统的优点相比，纯相位控制进行了讨论。
2001-12-21 cond-mat.mes-hall
Controlling the quality factor of a tuning-fork resonance between 9 K and 300 K for scanning-probe microscopy
本文研究了机械石英音叉在9 ~ 300 K温度范围内的动态响应。由于谐振的品质因数Q强烈依赖于温度，我们实现了一个过程来控制谐振的品质因数。我们表明，我们能够动态地改变的品质因数，并保持恒定的整个温度范围内。该方法适用于扫描探针显微镜。
2011-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
On the origin and elimination of cross coupling between tunneling current and excitation in scanning probe experiments that utilize the qPlus sensor
qPlus传感器允许同时测量扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）。其设计用于频率调制AFM（FM-AFM）涉及单独的电极，施加在振荡石英悬臂梁上，用于检测电子隧穿电流和偏转信号。电子设备中的电缆电阻和电容会引起串扰现象。我们报告了一个隧道电流引起的交叉耦合观察到的组合STM/AFM设置使用的qPlus传感器。这种交叉耦合可以引起振幅激励信号的正或负变化，从而充当明显的耗散或驱动。隧道电流引起的传感器电极上的电势波动很好地解释了实验数据。
2023-03-29 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
A Mach-Zehnder interferometer based tuning fork microwave impedance microscope
我们在这里描述了一个基于干涉仪的微波阻抗显微镜上自制的音叉扫描探针显微镜（SPM）的实现。基于音叉的SPM仅需要两个电触点用于音叉振荡的自致动和自检测，特别适合于在诸如低温、高磁场或受限几何形状的极端环境中操作，在这些极端环境中，难以引入用于悬臂偏转的常规检测所需的光学部件。大多数现有的和商业上可用的系统依赖于专门设计的微波偏转器的偏转的光学检测，限制了它们的应用。一个音叉的微波阻抗显微镜与谐振腔附近的尖端最近实施：我们在这里报告的增强，采用微波干涉仪，它提供了更好的信号噪声以及更广泛的可调谐性微波频率。
2020-07-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Millikelvin Scanned Probe for Measurement of Nanostructures
我们展示了一个扫描力显微镜，石英音叉的基础上，低于100 mK和磁场高达6 T。该显微镜具有用于感兴趣的纳米结构的电探测的导电尖端，并且它结合了低噪声低温放大器以测量音叉的振动和来自纳米结构的电信号。在毫开尔文温度下，成像分辨率在22 μ m × 22 μ m范围内低于1 μ m，并且粗略运动提供几mm的平移。这种扫描探针对于单个样品上的许多高阻抗纳米结构的高带宽测量是有用的。我们展示了在阵列中定位SET的数据，并测量了其库仑阻塞，灵敏度为2.6 x 10^-5 e/Hz ^[1/2]。
2003-11-10 cond-mat.mes-hall
A subKelvin scanning probe microscope for the electronic spectroscopy of an individual nano-device
我们提出了一种结合扫描力和隧道显微镜工作在稀释冰箱，是优化的个别电子纳米器件的研究。该设备配备有商业压电定位器，能够在非常低的温度下将探针下方的样品位移数百微米，而不会过度加热。原子力显微镜的基础上的音叉谐振器探针用于低温精确对准的尖端与一个单独的设备。我们证明了混合约瑟夫森结的局域隧道光谱作为其电流偏置的函数。
2012-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
RTSPM: Real-time Linux control software for scanning probe microscopy
计算机实时控制是扫描探针显微镜的一个重要特征，它已成为表征和研究纳米尺度样品的重要工具。大多数商业（和一些开源）扫描探针数据采集软件使用数字信号处理器（DSP）来处理实时数据处理和控制，这增加了控制软件的费用和复杂性。我们在这里描述的扫描控制软件，使用一台计算机和一个数据采集卡来获取扫描数据。计算机运行开源实时Linux内核，允许快速采集和控制，同时保持响应式图形用户界面。图像从一个模拟的音叉基于显微镜以及一个标准的地形样品，显示了一些软件的功能。
2012-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.ins-det
A real-time software simulator for scanning force microscopy
我们描述的软件，模拟扫描力显微镜的硬件。该软件的基本特征是其实时响应，这对于模拟真实扫描探头硬件的行为至关重要。该模拟器运行在一个开源的实时Linux内核上，可用于测试扫描探针显微镜控制软件以及不同类型的扫描探针显微镜的理论模型。我们描述了一个基于音叉的原子力显微镜和直流静电力显微镜的实现，并提出了从这些模型获得的代表性图像。
2014-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Low-temperature and high magnetic field dynamic scanning capacitance microscope
我们展示了一个动态扫描电容显微镜（DSCM），工作在大带宽，低温和高磁场。该装置是基于一个非接触式原子力显微镜（AFM）与石英音叉传感器与非光学激发和读出的地形，力和耗散测量。金属原子力显微镜针尖形成了一个射频谐振器的一部分，具有由样品属性和针尖-样品电容调制的传输特性。针尖运动引起在AFM传感器及其谐波的频率下的电容的调制，其可以与AFM数据同时记录。我们使用一个直观的模型来描述和分析的谐振器传输，并表明，对于大多数实验条件下，它是成比例的复杂的尖端样品电导，这取决于尖端样品电容和样品电阻率。我们展示了DSCM的性能下埋在聚合物层的金属盘上，我们讨论了图像记录在二维电子气中的量子霍尔效应制度，即在低温和高磁场，我们直接成像的物理边缘处的样品的可压缩条纹的形成。
2008-12-22 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
A Scanning Hall Probe Microscope for high resolution, large area, variable height Magnetic Field Imaging
我们提出了一种在环境条件下工作的扫描霍尔探针显微镜。该显微镜的独特功能之一是使用相同的步进电机进行样品定位和扫描，这使得它可以在x和y方向上具有大的扫描范围（几mm），扫描分辨率为0.1 $μ$ m。已经实施了协议，以使扫描在不同的高度从样品表面。z范围为35 mm。已经开发出尺寸为1-5 $μ$ m的微结构霍尔探针。最小探针-样品距离\textless{} 2 $μ$ m已获得通过组合的新的霍尔探针和探针-样品距离调节使用音叉为基础的力检测技术。该系统还能够记录本地B（z）分布。我们讨论了应用显微镜的微磁体阵列的研究正在开发的应用程序在微系统。* gorky.shaw @ ulg.ac.be.;现住址：
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Carbon-fiber tips for scanning probe microscopes and molecular electronics experiments
我们制造和表征碳纤维尖端，用于结合扫描隧道和力显微镜的压电石英音叉力传感器的基础上。一个电化学制造程序来蚀刻的提示是用来产生可重复的子100纳米的顶点。我们还研究了电子输运通过单分子结形成的一个单一的octanethethernet分子结合的巯基锚定基团的金电极和连接到碳尖的甲基。我们观察到存在的电导平台在拉伸的分子桥，这是一个分子结的形成的签名。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
FM-AFM with hanging fiber probe for the study of liquid / liquid interfaces
本文介绍了如何使用一个悬挂的石英音叉制成的光纤力探针的调频AFM提供局部测量的液-液界面。在详细介绍了力探针的制造和校准后，我们提供了证据，证明这种AFM适用于两种液体之间的界面处的定量测量。测量的可重复性允许在几个小时内监测聚二甲基硅氧烷/水移动界面：观察浸入聚二甲基硅氧烷中的水滴的蒸发，并测量其界面张力随时间的变化。还观察到界面的变形。这些能力，以及两种不混溶液体之间的界面上的初步结果，为界面操纵和复杂流体-流体界面的研究铺平了道路。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall
Scanning Diamond NV Center Probes Compatible with Conventional AFM Technology
利用金刚石中的氮空位（NV）中心的扫描探针显微镜已成为一种多功能的工具，在物理，化学，生命科学和地球与行星科学中的应用。然而，由于探针的小物理尺寸和制造技术的复杂性，具有高光子收集效率、具有长相干时间的NV中心和集成的射频（RF）的金刚石扫描探针的制造仍然具有挑战性。在这项工作中，我们提出了一个简单而强大的方法来可靠地制造探针，可以集成到传统的石英音叉为基础的传感器，以及商业硅原子力显微镜杠杆。这是第一次，一个集成的RF微天线NV中心自旋操纵直接制造到探针，使设计通用，几乎所有的AFM仪器兼容。这种集成标志着NV中心磁力测量的完整传感器包，并将这种新开发的扫描探针技术推向更广泛的科学界。
2017-11-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Scanning Quantum Dot Microscopy
原子和分子物体之间的相互作用在很大程度上由这些物体产生的纳米级静电势定义。我们介绍了一种扫描探针技术，使三维成像的局部静电势场与亚纳米分辨率。登记单电子充电事件的分子量子点连接到一个（qPlus音叉）原子力显微镜的尖端在5 K下操作，我们定量测量的四极场的单个分子和一个单一的金属吸附原子的偶极场，都吸附在一个干净的金属表面。由于其高灵敏度，该技术可以记录静电电位在很大的距离，从他们的来源，这首先将有助于图像复杂的样品增加表面粗糙度。
2015-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimizing atomic resolution of force microscopy in ambient conditions
环境操作对AFM提出了挑战，因为与真空或液体环境中的操作相比，当探测样品时，悬臂动力学从在空气中振荡到在水合层中振荡发生了显著变化。我们展示了原子分辨率的KBr（001）表面在环境条件下通过调频原子力显微镜与悬臂基于石英音叉（qPlus传感器）的成像，并分析了长期和短期的贡献阻尼。水化层的厚度随相对湿度的增加而增加，因此改变湿度可以研究水化层厚度对悬臂梁阻尼的影响。从阻尼与振幅的测量开始，我们在原子尺度上分析了信号和噪声特性。然后，我们确定了最佳振幅，使我们能够获得高质量的原子分辨图像。
2013-05-28 cond-mat.mes-hall
Improving spatial resolution of scanning SQUID microscopy with an on-chip design
扫描超导量子干涉器件显微镜（sSQUID）是目前在介观尺度上直接、灵敏地进行磁通量成像的最有效方法之一。SQUID片上设计允许在梯度仪设置中集成磁场线圈以进行磁测量，这对于测量量子物质的磁响应是非常理想的。然而，由于难以接近样品，这种设计的空间分辨率在很大程度上限于微米。在这里，我们使用电子束光刻技术在三维纳米桥基SQUID器件的制造中制备直径低至150 nm的拾波线圈。此外，我们整合了深硅蚀刻工艺，以最大限度地减少拾取线圈和晶圆边缘之间的距离。结合基于音叉的扫描头，蚀刻芯片边缘的锐度可实现5 nm的高度控制精度。通过使用这些改进的SQUID设备对铌棋盘样品进行扫描测量，我们在磁力测量和磁阻测量中展示了亚微米的空间分辨率，明显优于我们前几代的纳米SQUID。这种SQUID片上空间分辨率的提高对于各种模式下的量子材料和器件的磁成像是一个有价值的进展。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall
Fabrication of Nb and MoGe SQUID-on-tip probes by magnetron sputtering
本文提出利用常规磁控溅射制备Nb和MoGe尖端SQUID探针，实现50-80纳米直径、低噪声及高场工作，简化工艺并扩展材料适用性。
2023-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
New fabrication technique for highly sensitive qPlus sensor with well-defined spring constant
介绍了一种用于原子力显微镜（AFM）的高灵敏度qPlus传感器的制作新技术。聚焦离子束用于切割，然后焊接到裸石英音叉上的尖锐的微尖从电化学蚀刻钨丝。所得到的qPlus传感器表现出高谐振频率和品质因数，允许增加力梯度灵敏度。它的弹性常数可以被精确地确定，这允许精确的定量AFM测量。该传感器被证明是非常稳定的，可以进行通常的UHV尖端清洗，包括电子束和场蒸发，以及在原位STM尖端处理。初步结果与STM和AFM原子分辨率成像在硅$Si(111)-7\times 7$表面的$4.5\,K$。
2015-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
