Atomic defects of the hydrogen-terminated Silicon(100)-2x1 surface imaged with STM and nc-AFM
氢封端的硅（100）-2x1表面（H-Si（100）-2x1）为原子级器件的开发提供了一个有前途的平台，最近的工作表明它们是通过表面氢原子的精确解吸而产生的。虽然使用原位方法常规地产生具有相对大面积的氢封端的2x 1表面的样品，但是也不可避免地形成表面缺陷，从而减少了可用于图案化的面积。在这里，我们提出了一个目录的几个常见的缺陷的H-Si（100）-2x1表面。通过使用扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（nc-AFM）的组合，我们能够提取有用的信息，这些缺陷的原子和电子结构。这允许确认几种常见缺陷的文献分配，以及先前未报告和未分配缺陷的拟议分类。通过更好地了解这些缺陷的结构和起源，我们迈出了第一步，最终实现更一致和可靠的原子级器件制造。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Tip artifact in atomic force microscopy observations of InAs quantum dots grown in Stranski-Krastanow mode
对原子力显微镜（AFM）观察InAs岛时的针尖伪影进行了定量评价。这些岛是在分子束外延的Stranski-Krastanow模式中生长的。岛的宽度和高度，使用透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜测定。使用不包括天然氧化物的TEM测定的平均$[\bar{1}10]$面内宽度和高度分别为22和7 nm;使用包括氧化物的AFM测定的平均面内宽度和高度分别为35和8 nm。宽度差异是由于氧化物和头端伪影造成的。从TEM观察推断出包括氧化物的尺寸为27 nm的宽度和6 nm的高度，并对氧化物的厚度进行了校正。使用AFM测定的宽度与使用包括氧化物的TEM测定的宽度之间的8 nm的残余差异归因于尖端伪影。这些结果使我们能够从AFM图像中确定岛屿的实际大小。
2007-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Local spectroscopy and atomic imaging of tunneling current, forces and dissipation on graphite
理论预测，扫描隧道显微镜（STM）中的电流和原子力显微镜（AFM）中测量的吸引力直接相关。因此，在有吸引力的AFM模式下获得的原子图像应该是冗余的，因为它们应该是STM的\emph{similar}。在这里，我们表明，虽然电流和力的距离依赖性是类似的石墨，恒定高度的AFM和STM图像的差异很大程度上取决于距离和偏置电压。我们在石墨（0001）表面的高对称性晶格位置处执行隧道电流、频率偏移和阻尼信号的光谱。耗散信号对距离的敏感度大约是频率偏移的两倍，这可以用原子摩擦的普朗特-汤姆林森模型来解释。
2005-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Parametric resonance in atomic force microscopy: A new method to study the tip-surface interaction
我们提出了一种新的方法来研究原子力显微镜（AFM）中涉及的相互作用。它是一种动力学方法，依赖于通过参数共振的振荡的增长。用这种方法可以同时测量针尖-表面相互作用势的二阶和三阶导数。由于其阈值行为参数共振原子力显微镜导致鲜明的对比，在表面成像。
1997-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Mapping of surface local elastic constant using Atomic Force Acoustic Microscopy
本文报道了一种将原子力显微镜（AFM）与声波相结合来测定表面局部弹性性质的系统研究，即原子力声波显微镜（AFAM）。我们详细描述了AFAM的方法，并解释使用简单的参数和其他互补测量使用AFM的测量。我们已经使用了一些选定的样品来阐明的AFAM技术的能力，以映射的局部弹性常数的样品表面。使用力-距离测量和在不同区域的共振峰的频率的变化，我们定量地确定样品表面的局部刚度（弹性常数）的变化。我们还表明，AFAM技术可以用来获得更好的表面图像对比度接触模式AFM失败。
2004-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Force Microscopy Wear Characterization for Metallic Stent Polymer Coatings
原子力显微镜（AFM）已成为一个强大的和多功能的工具，调查当地的机械性能。此外，它已成为可能，利用AFM针尖样品相互作用，扰动，我转，修改软样品，如聚合物的表面。准确了解它们对连续AFM扫描的响应有助于设计具有理想机械性能的新材料。在本文中，我们提出了一种新的方法来研究两种不同类型的聚合物，如聚（甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚（L-乳酸）（PLLA）的磨损性能所获得的结果。这些聚合物已被广泛应用于生物医学应用，最近被认为是冠状动脉金属支架涂层的良好候选者。
2004-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on Rh(111): STM and AFM studies
通过结合密度泛函理论计算、扫描隧道显微镜和原子力显微镜（STM和AFM）研究了石墨烯/Rh（111）莫尔晶格的电子和晶体结构。而在STM中观察到的山和谷之间的主要对比度不依赖于所施加的偏置电压的符号，原子分辨AFM图像的对比度强烈依赖于振荡AFM针尖的频率偏移。所得到的结果表明，应用原子力显微镜/光谱的探测在表面的化学对比度的前景。
2012-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Ferroelectric Switching by Atomic Force Microscopy
本文采用广义能量方法研究了电压调制原子力显微镜（AFM）在铁电单晶和铁电薄膜中诱导的单畴极化反转。拓扑分析的能量表面的子空间的域尺寸进行，并阐明下的外部偏压的能量演化。这已经让成功地描述了所有阶段的AFM切换，包括形成的一个反向域，其生长在一个散装，域接触电极附近的不稳定性，和纯侧向扩张的膜。
2004-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Electron scattering in atomic force microscopy experiments
它已被证明，电子跃迁，如在扫描隧道显微镜（STM）中测量的，是有关的隧道势垒中的化学相互作用。在这里，我们表明，在Si（111）上的原子力显微镜（AFM）实验中的亚原子特征的形状和表观高度直接取决于硅表面和硅AFM针尖的可用电子状态。模拟和实验证实，力和电流显示出类似的亚原子变化的尖端样品的距离接近散装键合长度。
2005-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Multi-View Neural 3D Reconstruction of Micro-/Nanostructures with Atomic Force Microscopy
Zhejiang University（浙江大学）
针对AFM扫描存在形貌捕获不全和针尖卷积伪影的问题，提出MVN-AFM多视图神经框架，通过迭代同时对齐数据并去伪影，实现低成本、高精度的微/纳米结构三维重建。
2024-01-21 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
Atomic force microscopy study and qualitative analysis of martensite relief in zirconia
最近的一份报告[S。Deville等人，J. Am.陶瓷。索科，86（12），2225（2003）]已经显示了由原子力显微镜（AFM）提供的研究氧化锆中马氏体相变诱导的浮雕的新可能性。本文利用原子力显微镜定性研究了氧化钇和氧化铈掺杂的氧化锆从马氏体四方相到单斜相的相变过程中产生的表面起伏。原子力显微镜作为一种非常强大的工具，研究马氏体浮雕与高精度。马氏体晶体学的唯象理论可以成功地解释所有观察到的特征。讨论了马氏体的形成条件，以及局部调节相变应变的方法，即自调节变体对和微裂纹。观察到变体生长序列。这些观察为转化启动和传播序列带来了新的见解和解释。
2017-10-12 cond-mat.mtrl-sci
The EDMR Microscope - Combining Conductive Atomic Force Microscopy with Electrically Detected Magnetic Resonance
我们提出了一种扫描探针显微镜的设计和实现，它结合了电检测磁共振（EDMR）和（光）导电原子力显微镜（（p）cAFM）。集成的3环2间隙X波段微波谐振器到AFM允许使用导电AFM针尖作为EDMR实验的可移动接触。AFM悬臂梁的光学读出是基于红外激光，以避免通过吸收检测激光的杂散光而干扰电流测量。使用非晶硅薄膜样品具有不同的缺陷密度，检测空间EDMR对比度的能力被证明。可以检测到低至20 fA的谐振电流变化，使该方法在室温下实现8*10^6自旋/Hz ^0.5的自旋灵敏度。
2013-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Single atom chemical identification of TMD defects in ambient conditions
研究在环境条件下利用导电原子力显微镜（C-AFM）对MoS2、WSe2和WS2单层中的原子缺陷进行单原子分辨率成像与化学识别，发现氧硫族元素取代和过渡金属取代是最常见缺陷，并证明该方法能解析掺杂WSe2的电子结构细节。
2024-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Fracture of glassy materials as detected by real-time Atomic Force Microscopy (AFM) experiments
我们已经研究了不同的玻璃材料的低速断裂制度与可变的，但控制的长度尺度的异质性在一个精心掌握的周围气氛。通过使用光学和原子力（AFM）显微镜技术，我们在很宽的速度范围内（1 mm/s和0.1 nm/s及以下）在纳米尺度上实时跟踪裂纹尖端的传播。的不均匀性对这个速度的影响，提出和讨论。我们的实验还揭示了-第一次-裂纹前进的收益，通过成核，生长和合并的纳米损伤空腔内的非晶相，产生大的速度波动。这种纳米韧性断裂模式在玻璃中的存在的影响进行了讨论。
2002-07-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Atomic Force Microscope manipulation of Ag atom on the Si(111) surface
我们提出了第一性原理的总能量电子结构计算，提供了银原子扩散的微观机制之间的半单元电池（HUCs）的Si（111）-（7 × 7）表面与原子力显微镜（AFM）的尖端和没有。我们发现，在没有AFM针尖的存在下，两个HUCs之间的扩散几乎是对称的，在两个方向上的能量势垒约为1 eV。扩散是一个两步过程，具有中间亚稳构型，其中Ag原子在HUCs的边界处。随着尖端的存在，我们发现，反应途径基本上是相同的，但在一个方向上的能量势垒大大减少到0.2 - 0.4 eV的尖端，而在相反方向上的扩散保持大于1 eV。由于尖端顶点结构的柔性，Si尖端比Pt尖端降低了能量势垒。除了减少势垒外，针尖还捕获扩散的吸附原子，防止反向扩散。另外，我们还发现针尖结构的形状对吸附原子的捕获能力有重要影响。当针尖尖端结构是钝的，吸附原子与针尖原子以外的针尖原子相互作用。AFM针尖原子与表面吸附原子之间的键合是利用AFM针尖进行原子操作的关键。我们的研究结果表明，原子操纵是可能的金属和半导体AFM针尖。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Tip-Nanotube Interactions on Atomic Force Microscopy Imaging of Carbon Nanotubes
我们研究原子力显微镜（AFM）的提示和单个碳纳米管（CNT）支持SiO2之间的范德华（VDW）相互作用的效果。分子动力学（MD）模拟揭示了如何碳纳米管变形在AFM测量过程中，不考虑AFM针尖材料。单（双）壁CNT的表观高度可用于估计其直径高达~2 nm（~3 nm），但对于更大的直径，CNT横截面不再是圆形的。我们的模拟进行了比较，从AFM测量和共振拉曼光谱获得的CNT尺寸，具有良好的协议较小的CNT直径。在一般情况下，大直径碳纳米管的AFM测量必须小心解释，但该方法的可靠性得到改善，如果知识的数量的碳纳米管壁是available-able，或者如果额外的验证（例如，通过光学技术）可以获得。
2012-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic-scale visualization of initial growth of homoepitaxial SrTiO3 thin film on an atomically ordered substrate
在氧化物生长条件下制备的（\surd 13 \times \surd 13）- R33.7° SrTiO 3（001）衬底表面上SrTiO 3的初始同质外延生长通过扫描隧道显微镜进行原子分辨。在沉积的SrTiO 3膜表面上以及在衬底上清楚地看到相同的（\surd 13 \times \surd 13）原子结构。该结果表明，最上面的富Ti（\surd 13 \times \surd 13）结构转移到膜表面和在膜/衬底界面处的原子尺度相干外延。这种原子有序的SrTiO 3衬底可以应用于原子控制的氧化物外延膜和异质结构的制造。
2011-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Photoexcited Hole States at the SrTiO3(001) Surface Imaged with Noncontact AFM
TU Wien（维也纳工业大学）；University of Vienna（维也纳大学）；Charles University（查理大学）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）；CNR-SPIN, c/o Department of Physical and Chemical Sciences, University of L’Aquila（拉奎拉大学物理与化学科学系附属意大利国家研究委员会自旋中心）
研究揭示了SrTiO3(001)表面在低温下积累光激发电荷并保持光电压的现象，结合STM/AFM和KPFM技术实现原子级定位，DFT显示空穴倾向于局域在氧2p轨道附近形成长寿命陷阱态。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Stress-enhanced ion diffusion at the vicinity of a crack tip as evidenced by atomic force microscopy in silicate glasses
利用原子力显微镜（AFM）在可控气氛下对钠硅酸盐玻璃中裂纹的缓慢扩展过程进行了纳米尺度的原位和实时研究。通过几种效应揭示了在裂纹尖端的亚微米附近的应力梯度场中钠离子的增强扩散：AFM高度图像中的结节的生长，AFM尖端/样品能量耗散的变化。结节模式显示了去湿现象证明了“呼吸图”。进行了补充化学微量分析。这些实验结果通过两步过程来解释：i）钠离子朝向断裂表面的快速迁移（典型时间：几毫秒），如Langford等人[J. Mat. Res. 6（1991）1358]，ii）阳离子的缓慢向后扩散，如在这些AFM实验中所证明的（典型时间：几分钟）。在室温下测量该弛豫过程的扩散系数。我们的研究结果加强了近表面的结构松弛由于在裂纹尖端附近的应力梯度的理论概念。钠离子的不均匀迁移可能是硅酸盐结构中存在富钠通道的直接实验证据[A. Meyer等人，物理修订版93（2004）027801]。
2006-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Graphene layer on Rh(111): combined DFT, STM, and NC-AFM studies
扫描探针方法（隧道和力显微镜，STM和AFM）的同时组合是一种独特的方式来获得有关所研究表面的晶体学和电子结构的信息。在这里，我们应用这些方法伴随着最先进的密度泛函理论（DFT）计算，以阐明强波纹石墨烯/Rh（111）系统的结构和电子性质。原子分辨图像的STM和AFM模式，并与DFT的结果显示良好的理论和实验之间的协议。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Improving atomic force microscopy structure discovery via style-translation
Aalto University（阿尔托大学）；Nanolayers Research Computing Ltd.（纳米层计算有限公司）；WPI Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), Kanazawa University（金泽大学WPI纳米生命科学研究所）
针对模拟与实验AFM图像存在风格差异导致机器学习模型迁移难的问题，提出用风格迁移增强模拟图像的方法，可在无标记实验数据时提升结构发现模型的性能。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Molecular Identification with Atomic Force Microscopy and Conditional Generative Adversarial Networks
调频（FM）原子力显微镜（AFM）与金属尖端官能化与CO分子在尖端顶点提供了访问的内部结构的分子与完全前所未有的分辨率。我们提出了一个模型来提取这些AFM图像的化学信息，以实现成像分子的完整识别。我们的条件生成对抗网络（CGAN）将各种尖端样本距离的AFM图像堆栈转换为球和棒描述，其中不同颜色和大小的球代表化学物质，棒代表键，提供有关结构和化学成分的完整信息。CGAN已经用QUAM-AFM数据集进行了训练和测试，该数据集包含686，000个分子的模拟AFM图像，其中包括有机化学中所有相关的化学物质。大量的理论图像和少量的实验实例的测试证明了我们的分子识别方法的准确性和潜力。
2022-05-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Free energy analysis of system comprising biased atomic force microscope tip, water meniscus and dielectric surface
我们关注的是自由能分析的系统，包括AFM针尖，水弯月面，和聚合物膜。在施加的静电势下，自由能的最小值在大于在没有电势的情况下的初始尖端-衬底分离的距离处。该平衡距离t_0主要取决于尖端偏压V和悬臂弹性常数k_s，其中t_0的变化相对于介电常数和聚合物膜厚度不太明显。在AFM针尖下的水弯月面的极化似乎是使针尖缩回的机械功的创建的主导因素。
2005-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Coaxial Atomic Force Microscope Tweezers
我们展示了同轴原子力显微镜（AFM）镊子，可以捕获和放置小物体使用介电泳（DEP）。通过在中心导体和接地屏蔽之间施加射频电压，在同轴AFM探针的尖端处产生吸引力;通过测量拉脱力与施加的电压，发现力的起源是DEP。我们表明，同轴AFM镊子（CAT）可以通过拾取指定的二氧化硅微球，在针尖的末端与微球成像，并将其放置在目标目的地进行三维组装。
2010-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Exact analytical solution for electrostatic field produced by biased atomic force microscope tip dwelling above dielectric-conductor bi-layer
用镜像法得到了原子力显微镜针尖、电介质和导体组成的系统中静电场的精确解析解。该解决方案提供了一个步骤，对聚合物中AFM辅助静电纳米光刻的定量建模。
2004-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Features of the study of binder state near the filler particles in elastomeric composites using an atomic-force microscope
原子力显微镜（AFM）是在微米和纳米级水平上研究材料结构及其局部物理力学性能的最有前途的方法之一。用原子力显微镜获得的实验数据有一个严重的问题，评估的准确性和可靠性。当研究具有很强的机械结构异质性的材料时，这一点尤其明显。这种材料包括本文考虑的弹性体，填充刚性分散颗粒。本文提出了一种技术，这种实验数据的数学处理，它可以显着提高其解释的准确性。它基于使用三个标准来过滤和处理最初获得的实验信息。1)该标准的“救济的纳米”，这使得人们有可能提取救济与对象的低曲率从获得的整体图片。在其上，突出在表面上的填料颗粒清晰可见（通常覆盖有弹性体粘合剂的薄膜，在文献中称为粘合橡胶）。2)“粘附偏转”标准，通过该标准，可以通过改变AFM探针和样品表面之间的粘附力来隔离填料颗粒。3)“压痕柔度”标准，旨在确定填料颗粒的位置和刚度。所有这些标准被用来解码分散填充弹性体复合材料表面的AFM扫描数据。通过对所得结果的分析，确定了应用每个标准的最佳条件。此外，实验结果的准确性估计的基础上获得的数据与AFM探针的正向和反向水平运动时，扫描相同的表面区域的比较。
2017-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-Layer-Controlled Magnetic Orders in MnBi2Te4-Bi2Te3 Topological Heterostructures
本文在MnBi2Te4-Bi2Te3拓扑异质结中通过原子层工程调控磁有序，揭示AFM由Mn-Mn距离决定、FM由Bi2Te3/MnBi2Te4比例决定，为磁拓扑材料设计提供指导。
2024-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Versatile AFM setup combined with micro-focused X-ray beam
第三代同步辐射光源产生的微聚焦X射线束为研究纳米尺度下的应变和过程提供了新的视角。原子力显微镜设置结合微聚焦同步加速器光束允许精确定位和纳米操纵的照明下的纳米结构。在本文中，我们报告了一个便携式商业原子力显微镜设置到硬X射线同步辐射光束线的集成。详细的设计，样品对准程序和性能的设置。
2015-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Investigating Atomic Contrast in Atomic Force Microscopy and Kelvin Probe Force Microscopy on Ionic Systems using Functionalized Tips
非接触式原子力显微镜（NC-AFM）和开尔文探针力显微镜（KPFM）已成为纳米技术的重要工具，然而，它们在原子尺度上的对比机制并不完全清楚。在这里，我们使用氯空位在NaCl双层Cu（111）作为模型系统，研究原子对比度作为施加电压，尖端高度和尖端功能化的函数。我们证明了原子尺度上的AFM对比度决定性地取决于针尖终止和样品电压。与此相反，局部接触电势差（LCPD）与KPFM采集显示相同的定性对比度的所有尖端终端调查，这类似于对比度的电场的样品。我们发现，原子力显微镜的对比度主要源于静电相互作用，但其尖端依赖性不能单独解释的尖端偶极子。借助于一个简单的静电模型和密度泛函理论，我们研究了潜在的对比机制。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of Single Electron Charging in an Individual InAs Quantum Dot by Noncontact Atomic Force Microscopy
利用原子力显微镜（AFM）对单个InAs量子点进行了静电力测量，观察到了单电子带电现象。的谐振频率偏移和消耗的能量的振荡AFM悬臂测量作为一个功能的尖端背电极电压和所得的光谱显示出明显的跳跃时，尖端被定位在点上方。观察到的频移跳跃，与相应的峰值耗散，归因于一个单电子隧道之间的点和背电极由库仑阻塞效应，并与基于系统的自由能的模型一致。观察到的现象可以看作是库仑阻塞效应的“力版本”。
2005-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Structure discovery in Atomic Force Microscopy imaging of ice
本文利用高分辨率AFM结合机器学习、神经网络势和统计采样，解析了Au(111)和Cu(111)上多个高度三维且尺寸较大的新型水团簇的原子结构，为理解冰形成的早期阶段提供了新见解。
2023-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of defect density by top-view large scale AFM on metamorphic structures grown by MOVPE
我们展示了一种基于原子力显微镜的方法，通过识别由变质生长引起的非平坦表面上的螺纹位错来估计缺陷密度。所讨论的技术可以应用作为日常评估工具的外延结构的质量，并允许降低成本，因为它减少了在项目的早期阶段所需的透射电子显微镜分析的量。应用该技术成功地开发了具有低表面缺陷率（低于106）的变质结构，证明了其在工艺优化中的有用性。
2015-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Atomic force microscopy study of the surface degradation mechanisms of zirconia based ceramics
原子力显微镜（AFM）可以用来研究氧化锆基陶瓷的表面退化和强化机制，如裂纹扩展、马氏体浮凸形成、晶粒拔出和相变增韧等。原子力显微镜也可以用来精确地量化的转变，并提供可靠的参数，为长期的退化预测。特别地，氧化锆的四斜晶系到单斜晶系（t-m）的相变是过去二十年来广泛研究的对象，并且现在被认为是马氏体性质的。新的强有力的证据支持马氏体性质的转变报告。这些观测，考虑到其规模和精度，是一个新的一步，对氧化锆的t-m相变和相关的降解机制的理解。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Imaging Pulsed Laser Deposition oxide growth by in-situ Atomic Force Microscopy
为了可视化生长过程中的薄氧化膜的形貌，从而能够准实时地研究其生长行为，我们设计并集成了一个原子力显微镜（AFM）在脉冲激光沉积（PLD）真空设置。AFM扫描仪和PLD目标集成在一个单一的支撑框架，结合快速样品转移方法，使得原位显微镜可以在随后的沉积脉冲后使用。原位显微镜可在室温（RT）至高达700 $^\circ$ C和（工艺）压力范围从10 $^{-6}$ mbar至高达1 mbar的真空基础压力下操作，这是用于氧化物膜生长的典型PLD条件。该仪器的性能证明，通过解决典型的氧化物PLD生长条件下的晶胞高度，表面台阶和表面形貌。
2017-12-08 cond-mat.mtrl-sci
True Atomic-Resolution Imaging under Ambient Conditions via Conductive Atomic Force Microscopy
表面的原子尺度特征决定了从催化到摩擦等众多科学现象的原理。尽管如此，我们在原子尺度上可视化和改变表面的能力仍然受到相关方法实现高空间分辨率的严格条件的严重阻碍。特别是，用于实现原子分辨率成像的两种主要方法-扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（NC-AFM）-通常在超高真空（UHV）下进行，并且通常在低温下进行。也许更重要的是，在这种良好控制的原始条件下获得的结果与通常在环境条件下发生的大多数过程和应用几乎没有相关性。因此，一种可以在环境条件下在原子尺度上对表面进行鲁棒成像的方法长期以来一直被认为是表面科学的“圣杯”。在这里，通过对二硫化钼（MoS 2）的原理验证测量，我们报告说，导电原子力显微镜（C-AFM）的方法可以用于在环境条件下实现真正的原子分辨率成像，如通过单个原子空位的成像所证明的那样，而无需对操作环境或精细的样品制备进行任何控制。虽然这一显着的观察背后的物理机制尚未阐明，我们的方法克服了许多与STM和NC-AFM相关的经典限制，研究结果预示着C-AFM作为一个强大的工具，在环境条件下的原子分辨率成像的潜在出现。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Standardizing Force Reconstruction in Dynamic Atomic Force Microscopy
该研究系统评估动态 AFM 的频率与振幅调制力重建方法，并发布统一常用算法的开源软件包，以促进基准测试、可复现比较和可靠力谱分析。
2025-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Atomic-scale visualization of d-wave altermagnetism
Tsinghua University（清华大学）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
研究通过扫描隧道显微镜在CsV2Se2O中实现d波交替磁性的原子尺度实空间可视化，揭示了旋转对称性破缺和反铁磁耦合的新机制。
2026-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous mapping of magnetic and atomic structure for direct visualization of nanoscale magnetoelastic coupling
本文提出利用洛伦兹四维扫描透射电子显微镜同步成像纳米尺度磁场与原子结构，实现磁弹性耦合的直接可视化，为研究磁性材料结构-性能关联开辟新途径。
2024-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Electromechanical Atomic Force Microscopy
在纳米尺度上探测材料机电功能的能力对于从能量存储和计算到生物学和医学的应用至关重要。电压调制原子力显微镜（VM-AFM）已成为一个支柱的表征工具，调查这些材料，由于其前所未有的能力，局部探测机电响应材料的空间分辨率从微米到纳米。然而，随着VM-AFM技术的广泛普及，如压电响应力显微镜（PFM）和电化学应变显微镜（ESM），纳米级机电功能，包括滞后，在材料中，应该是不能表现出压电或铁电性的报告已经上升。对意外纳米级现象的起源的解释包括新的材料性质、表面介导的偏振变化和/或在体测量中不存在的空间分辨行为。与此同时，众所周知，VM-AFM测量容易受到多种形式的串扰的影响，尽管AFM社区做出了努力，但消除这种串扰的全球方法仍然难以捉摸。在这项工作中，我们开发了一种方法，可以很容易地证明滞后（即假铁电）的样品和悬臂梁体之间的长程相互作用的存在。这种方法应该很容易实现在任何VM-AFM测量。然后，我们继续使用干涉仪来展示完全定量和可重复的纳米机电表征。这些定量测量对于包括MEMS致动器和传感器、忆阻器、能量存储和存储器在内的各种设备至关重要。
2019-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Contact Stiffness and Damping of Liquid Films in Dynamic Atomic Force Microscopy
采用分子动力学模拟研究了简单非极性液体中的小振幅动态原子力显微镜（dynamic-AFM）。研究发现，在线性动力学范围内，约束膜的接触刚度和阻尼呈现出类似的溶剂化力振荡，并且它们通常是异相的。对于单层厚度为整数的固化薄膜，在分层过渡前进一步压缩薄膜会导致更高的刚度和更低的阻尼。我们发现，在固化膜中的分子扩散增强，但由于AFM针尖的机械激励。
2015-11-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase imaging with intermodulation atomic force microscopy
互调原子力显微镜（IMAFM）是一种双频激发的原子力显微镜（AFM）动态模式。振动的AFM悬臂在靠近表面的经验的非线性尖端样本力混合的驱动音，并产生新的频率分量的悬臂响应称为互调产物（IMP）。我们提出了一个程序，用于提取在每个IMP的阶段，并证明通过记录这个阶段，而扫描的相位图像。在互调频率的振幅和相位图像表现出增强的地形和材料的对比度。
2009-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale visualization of the p-d hybridization in III-V semiconductors doped with transition metal impurities
半导体主体中过渡金属杂质的p-d杂化是耦合价带电子和定域自旋的机制。我们利用扫描隧道显微镜和光谱学结合密度泛函理论在原子尺度上研究了Cr单杂质与GaAs基质的杂化。结合Cr在GaAs（110）表面的空间态密度映射和带隙态谱，我们给出了Cr在GaAs（110）表面强各向异性波函数的空间扩展和电子结构的详细图像.第一性原理计算可以识别每个状态的电子特征和起源，并表明实验观察到的III-V族半导体中3d金属杂质的主共振峰和具有“滴眼”波瓣的波函数是p-d杂交的直接局部证据。
2022-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Force Nanoscope
原子力显微镜（AFM）允许通过测量由近场相互作用力引起的纳米机械振荡器的扰动来探测原子尺度的物质。为了提高原子力显微镜的灵敏度和分辨率，不得不引入一类新的谐振器，其尺寸远低于微米尺度。在这种情况下，纳米管谐振器是最终的机械振荡器，因为它们的一维性质，小质量和几乎完美的结晶度，加上功能化的可能性，这些特性使它们成为超灵敏，按需力传感器的完美候选者。然而，它们的微小尺寸使得机械性能的测量成为一项非常具有挑战性的任务，特别是当在环境温度下在无腔几何形状中工作时。通过使用高度聚焦的电子束，我们表明，纳米管的机械响应可以定量测量，同时接近表面样品。通过将电子束检测单个纳米管与自定义AFM耦合，我们可以通过实时测量纳米谐振器的机械性能来成像样品的表面形貌。非常小的尺寸和质量与电子束检测方法的高分辨率相结合，为开发新型原子力纳米镜（AFN）提供了前所未有的机会。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical excitation of atomic force microscopy cantilever for accurate spectroscopic measurements
针对压电激发AFM悬臂梁易引发杂散机械共振、产生信号伪影的问题，提出一种共用单模光纤传输1310nm激发光与1550nm检测光的光激发装置，可消除杂散共振带来的测量误差。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-speed quantitative nanomechanical mapping by photothermal off-resonance atomic force microscopy
本文提出基于光热非共振轻敲的AFM方法，将力谱测量速度提高至少一个数量级，实现对聚合物和金属材料的高通量定量纳米力学映射。
2025-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrical Nanoprobing of Semiconducting Carbon Nanotubes using an Atomic Force Microscope
我们使用原子力显微镜（AFM）的尖端，局部探测半导体碳纳米管晶体管的电子特性。在三探针测量装置中，镀金AFM针尖用作电压或电流探针。使用的尖端作为一个可移动的电流探针，我们调查的缩放与沟道长度的设备属性。利用针尖作为电压探针，我们研究了接触的性质。我们发现，Au使一个很好的接触在p区，没有肖特基势垒。在n-区域中，发现大的接触电阻，占主导地位的传输特性。
2003-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In situ atomic force microscopy depth-corrected 3-dimensional focused ion beam based time-of-flight secondary ion mass spectroscopy: spatial resolution, surface roughness, oxidation
原子力显微镜（AFM）是一种用于研究表面粗糙度和收集关于样品顶部原子层特征的深度信息的公知工具。通过将二次离子质谱（SIMS）与扫描电子显微镜（SEM）中的聚焦离子束（FIB）铣削相结合，可以可视化溅射结构的化学信息并以高的横向和深度分辨率定位。在本文中，一个高真空（HV）兼容的原子力显微镜已安装在TESCAN FIB扫描电镜仪器，配备了飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）检测器。为了研究由ToF-SIMS溅射引起的凹坑的深度，随后在多层垂直腔面发射激光器（VCSEL）样品上进行AFM测量。表面粗糙度和铣削深度用于辅助溅射体积的化学组成的精确3D重建。分析了溅射过程中的分辨率、表面粗糙度和表面氧化问题。因此，互补检测器的集成开启了确定样品特性以及理解分析方法在分析期间对样品表面的影响的能力。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analytical model of atomic-force-microscopy force curves in viscoelastic materials exhibiting power law relaxation
我们提出了一个分析模型的力压痕关系的粘弹性材料表现出幂律松弛描述的指数n，其中n = 1表示标准的粘弹性固体（SLS）模型，和n < 1表示分数SLS模型。为了验证该模型，我们进行纳米压痕测量的聚丙烯酰胺凝胶与原子力显微镜（AFM）的力曲线。我们发现指数n < 1，这取决于双丙烯酰胺的浓度。我们还表明，不同的负载速度的AFM力曲线的拟合可以重现动态力调制方法测量的这些凝胶的动态粘弹性。
2016-10-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
An atomic force microscope integrated with a helium ion microscope for correlative nanocharacterization
在这项工作中，我们报告的集成原子力显微镜（AFM）到氦离子显微镜（HIM）。HIM是一种功能强大的仪器，能够对纳米级结构进行亚纳米分辨率成像和加工，而AFM是一种成熟的多功能工具，用于多参数纳米级表征。结合这两种技术开辟了前所未有的方式，在原位，在纳米级的相关分析。纳米加工和分析可以在没有样品污染和加工步骤之间的环境变化的情况下进行。由此产生的工具的实用性在于这两种技术的互补性。AFM不仅提供真实的3D形貌图，HIM只能以间接的方式提供，而且还允许进行纳米机械特性映射，以及在用HIM进行聚焦离子束材料改性后对样品进行电和磁表征。通过一系列相关实验对实验装置进行了描述和评价，证明了集成的可行性。
2020-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Advances in dynamic AFM: from nanoscale energy dissipation to material properties in the nanoscale
自原子力显微镜AFM诞生以来，动态方法已经非常富有成效，通过建立方法来量化纳米尺度上的耗散力和保守力，并提供一种手段来向样品施加高分辨率的温和力。在这里，我们回顾的发展，涵盖了十多年的工作，能量耗散，相位对比和提取相关的材料性能从可观的。我们描述了试图恢复材料的性能，通过一维的振幅和相位曲线从力模型和探索这些方法的演变方面的力重建，适合的实验测量，和最近的进展，多频AFM。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning for Analyzing Atomic Force Microscopy (AFM) Images Generated from Polymer Blends
University of Delaware（特拉华大学）；University of Southern Mississippi（南密西西比大学）
提出结合无监督学习的机器学习工作流，利用DFT或DCT与方差统计特征，自动识别聚合物薄膜AFM图像中的相分离区域并计算区域尺寸分布，为软材料领域的自动化分析提供开源指南。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.CV
In-situ direct visualization of irradiated e-beam patterns on unprocessed resists using atomic force microscopy
介绍了一种用于电子束光刻的抗蚀剂的原位表征方法。该技术是基于原子力显微镜的应用，它直接安装在电子束光刻系统的阴极下方。我们证明，由电子束照射的图案可以有效地可视化和分析后，直接在电子束曝光的表面形貌。这种原位分析在没有任何显影或烘烤步骤的情况下进行，并且提供了对被照射的抗蚀剂的化学（或潜）图像的访问。
2010-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Local electronic properties of single wall nanotube circuits measured by conducting-tip AFM
利用导电针尖原子力显微镜（AFM）测量了绝缘衬底上单壁碳纳米管（SWNT）电路的局域电子特性。当电压施加到针尖和AFM反馈用于定位针尖时，从针尖样品隧道电流形成的图像具有单管分辨率（直径接近1 nm），比同时获得的形貌AFM图像好一个数量级以上。通过找到尖端样品电流为零的点，可以测量电路内的电化学电势，同样具有纳米分辨率。这样的测量提供了令人信服的证据，表明束内的纳米管只有微弱的电子耦合。最后，AFM针尖被用作局部静电门，并且门控作用可以与单壁碳纳米管束样品的结构相关联。这种技术应该是有用的广泛的电路包含单壁碳纳米管和其他分子。
2000-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A near real-time framework for extracting tip-sample forces in dynamic atomic force microscopy (dAFM)
原子力显微镜（AFM）是一种多功能、高分辨率的工具，用于在纳米尺度上表征各种样品的形貌和材料特性。微悬臂梁尖端与试样的相互作用导致悬臂梁偏转，该悬臂梁偏转由光学传感机构测量，随后用于构建样品形貌。近年来，人们越来越关注使用AFM来表征凝胶和活细胞等软样品。由于尖端-样品相互作用力的复杂性和竞争性，这仍然具有挑战性-需要大的尖端-样品相互作用力来实现良好的信噪比;然而，大的作用力往往会使软样品变形和破坏。在原位估计的局部针尖样品的相互作用力是必要的，以控制AFM悬臂梁运动，并防止破坏的软样品，同时保持良好的信噪比。这就需要能够快速估计操作期间悬臂偏转的尖端-样品力。本文提出了第一种方法的近实时框架的尖端样品力反演。我们提出的反问题提取针尖样品力作为一个无约束的优化问题。利用图形处理单元（GPU）开发了一种快速、并行的正演求解器。这个正向求解器显示了一个有效的30000倍的速度比可比的CPU实现，在毫秒的计算时间。该正向求解器与基于GPU的粒子群优化实现相结合。我们说明了三个类的尖样品相互作用反演的框架。这些反转中的每一个都是在亚秒的时间内进行的，显示出与在线AFM成像和材料表征相结合的潜力
2011-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
