Small amplitude Dynamic AFM: quantifying interactions with different tip detection and excitation schemes in presence of additional resonances
在调幅模式AFM中，在纳米尺度上量化针尖-样品相互作用是具有挑战性的，特别是在液体中测量时。在这里，我们推导出的尖端样品保守和耗散的相互作用的公式，并调查的影响，寄生共振上测得的相互作用。直接和声激励被认为是。我们还强调了直接测量尖端位置或悬臂挠度之间的差异。我们表明，当探测的尖端样品的力量，声激励的悬臂梁行为是不敏感的寄生共振，只要测量的信号对应的尖端位置，或者如果激励力被正确地考虑。由于有效激振力可能取决于这种寄生共振的存在，我们考虑的情况下，频率保持恒定的测量过程中，使激励信号和实际激振力之间的比例保持不变。通过目前的工作，我们展示了使用基于获取接近-收缩曲线的校准方法所带来的优势。基于光束偏转的AFM受益于使用这种校准方法，特别是在悬臂梁传递函数中存在寄生谐振的情况下。
2014-04-10 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Diminish Electrostatic in Piezoresponse Force Microscopy through longer ultra-stiff tips
压电响应力显微镜是一种功能强大但精密的纳米级技术，可测量高度局部化电场的应用所产生的机械响应。虽然机械响应通常是由于压电性，但其他物理现象，特别是静电相互作用，也可能有助于信号读取。我们通过使用更长的超刚性探针来解决这个问题，提供最先进的灵敏度，具有最低的静电相互作用，并避免在高频状态下工作。为了找到这个解决方案，我们开发了一个理论描述，解决静电贡献的影响，在总悬臂梁振动和量化不同的设置。该理论随后在周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体中进行了测试，该晶体是一种具有明确定义的0度和180度畴的样品，使用不同的商业可用导电尖端。我们采用的理论描述比较的静电贡献的影响到总的相位记录。通过实验数据，我们的描述证实了每一个测试的商用探头。我们建议，一个更大的探针长度可以是一个解决方案，以避免静电力，所以样品的静电相互作用被减少。对于硬氧化物样品，我们提出了一个超刚性悬臂，避免使用高频电压，但仍然减少静电力。我们提出的商用解决方案具有很大的影响，以避免文物，同时研究软生物样品，多铁性氧化物，和薄膜铁电材料，它打开了一个新的窗口到尖端工程。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Sensitivity in Nanomechanical Pedestal MEMS Cantilever
该研究围绕纳米机械基座MEMS悬臂梁的灵敏度展开，梳理了悬臂梁类纳米谐振器的特性与应用，介绍了针对涂层悬臂梁的灵敏度和断裂问题的研究，还探究了针尖尖锐度对针尖-样品导电机理的影响，为传感性能调控提供参考。
2023-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.med-ph
Thermal noise calibration of functionalized cantilevers for force microscopy: effects of the colloidal probe position
本研究针对力显微镜中胶体探针校准受传感器细节影响的问题，建立了可描述悬臂梁任意位置负载动力学的分析模型，推导出热噪声校准校正系数，经实验验证了方法有效性，可用于标准力显微镜校准流程。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.ins-det
Automated cantilever exchange and optical alignment for High-throughput, parallel atomic force microscopy
在原子力显微镜（AFM）中，AFM悬臂梁相对于光束和位置敏感探测器（PSD）的交换和对准通常是手动执行的。这个过程是繁琐和耗时的，有时会损坏悬臂或尖端。为了提高AFM在工业应用中的吞吐量，需要在非常短的时间内以足够的精度自动交换和对准悬臂的能力。在本文中，我们提出了一个自动化的悬臂梁交换和光学对准仪器的发展。我们提出了一个实验证明的原则，通过交换各种类型的AFM杠杆在6秒的精度优于2微米。交换和对准单元被小型化以允许集成在并行AFM中。验证器的可靠性也得到了评价。进行了一万次连续交换和对齐循环，没有发生故障。AFM悬臂的自动交换和对准克服了将AFM带入大批量制造和工业应用的一个大障碍。
2016-10-11 physics.ins-det
Large colloidal probes for atomic force microscopy: fabrication and calibration issues
原子力显微镜（AFM）是研究微观和纳米尺度相互作用力的有力工具。尖端的悬臂刚度、尺寸和几何形状可以根据具体应用的要求在空间分辨率和力灵敏度方面进行选择。胶体探针（CP），通过将球形颗粒连接到一个无尖（TL）的悬臂梁，提供了几个优点，精确的力测量：可调和良好的表征半径;更高的平均能力（以牺牲空间分辨率）和灵敏度的弱相互作用;一个定义良好的相互作用的几何形状（球在平面上），这使得准确和可靠的数据拟合的分析模型。标准AFM探针的动力学已经被广泛研究，并且已经开发了用于校准悬臂梁弹性常数的协议。然而，CP的动力学，特别是大CP，半径远高于10 μ m和质量相当，或更大，比悬臂质量，目前仍然很差的特点。在这里，我们描述的制造和校准（大）CP。我们描述和讨论的CP特有的动态行为，并提出了一种替代协议的准确校准的弹性常数。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Optomechanical transduction of an integrated silicon cantilever probe using a microdisk resonator
微尺度悬臂梁运动的灵敏传感对于质量、力、磁共振和位移传感等领域的许多应用都是至关重要的。将悬臂梁尺寸减小到纳米尺度可以提高诸如原子力显微镜的技术的带宽和灵敏度，但是当悬臂梁与可实现的光斑尺寸相比很小时，当前的光学换能方法受到影响。在这里，我们展示了敏感的光换能在单片腔光学机械系统中，其中一个亚皮克级硅悬臂与尖锐的探针尖端从微盘光学谐振器分离的纳米级间隙。高品质因数（Q ~ 10^5）的微盘光学模式抑制了悬臂梁的MHz频率热驱动振动，位移灵敏度为~ 4.4 × 10 ^-16 m \sqrt [2]{Hz}，带宽> 1 GHz，估计1 s测量的动态范围> 10^6。光学引起的硬化由于强大的光机相互作用的观察，并说明了通过悬臂梁设计和静电驱动的探针动力学工程。
2010-09-28 physics.ins-det physics.optics
Resistivity measurement for non-magnetic materials using high-order resonance mode of mfm-cantilever oscillation
本文提出利用 MFM 悬臂高阶共振模式提高振荡频率以增强涡流检测灵敏度，通过建立微分方程并求解相位差，揭示了高阶模式下相位差因有效弹簧常数增长更快而减小的规律。
2025-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Observation of Nanoscale Opto-Mechanical Molecular Damping; Origin of Spectroscopic Contrast in Photo Induced Force Microscopy
实验研究了红外光诱导力显微镜（PiFM）记录振动共振的对比度机制。大量的实验已经证明，当通过光学共振扫描光波长时，PiFM中的光谱对比度由悬臂振荡的光机械阻尼介导。据我们所知，这是第一次在AFM中观察到光机械阻尼。我们假设，这种阻尼力是样品和振动尖之间的耗散相互作用的结果; PiFM中的调制光源调制悬臂梁的第二本征模的有效阻尼常数，这反过来又产生边带信号，从而在第一本征模产生PiFM信号。一系列实验已经消除了其他对比机制。通过跟踪在第一悬臂梁本征模处的PiFM信号的频移，作为通过中红外吸收带调谐的激发波数，我们表明，近场光学相互作用是有吸引力的。通过使用振动压电晶体来模拟在混合模式下操作的PiFM中的样品热膨胀，我们确定我们的系统可以检测的最小热膨胀是30 pm，受系统噪声限制。我们已经通过检测沉积在模板剥离的金上的4-甲基苯乙胺单分子层的共振响应证实范德华介导的热膨胀力对PiFM信号具有可忽略的影响，其中预期热膨胀< 3 μ m，即，比我们的系统噪音低10倍。最后，介绍了耗散针尖-样品相互作用的基本理论，并对光致光机械阻尼进行了模拟。理论模拟与实验结果吻合良好。
2019-11-05 physics.ins-det physics.optics
High resolution photonic force microscopy based on sharp nano-fabricated tips
亚纳米分辨率的图像可以通过原子力显微镜（AFM）在沉积在硬衬底上的样品上实现。然而，由于尖端引起的变形，对软界面（例如生物膜）进行成像仍然极具挑战性。光子力显微镜（PhFM），基于光镊（OT），是一个有趣的替代软扫描探针显微镜。使用光代替物理悬臂来保持扫描探针导致刚度（$k_{OT}\sim0.1-0.001$ pN/nm），其可以比标准悬臂的刚度（$k_{AFM}\sim 10$ pN/nm）低2-3个数量级。结合纳米分辨率的位移测量的捕获探针，这允许成像软材料没有力引起的伪影。然而，光学捕获探针的尺寸，通常选择为$\sim μ$ m-尺寸球，到目前为止限制了PhFM的分辨率。在这里，我们展示了一种新的和简单的nanofabelet协议，大规模生产光学可捕获的石英颗粒，模仿AFM的尖端。我们证明和量化的稳定捕获的颗粒与尖尖锐的35 nm，最小的PhFM中使用的日期。光栅扫描图像的刚性纳米结构的功能小于80 nm，与我们的提示获得的AFM图像比较以及相同的样品。对感染疟疾的活红细胞膜进行成像不会产生可见的伪影，而是揭示了与细胞内寄生虫活动有关的称为旋钮的亚微米结构特征。在PhFM中使用纳米工程颗粒开辟了以高分辨率成像软和生物样品的道路。
2020-02-04 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Towards 3D Magnetic Force Microscopy
针对传统MFM仅能检测垂直杂散场分量的局限，本文提出利用分电极压电激励同时激发悬臂弯曲与扭转模态，实现V-MFM与L-MFM联合成像。
2023-08-18 physics.ins-det
Synchronous, Crosstalk-free Correlative AFM and Confocal Microscopies/Spectroscopies
显微镜已成为我们观察生物系统和组件的表征工具的支柱。不同显微镜的相关和同步使用依赖于图像采集过程中无干扰的基本假设。在这项工作中，通过探索原子力显微镜和共焦荧光寿命成像显微镜（AFM-FLIM）的相关使用，我们量化同步采集过程中发生的串扰效应。我们的特点和最小化的光机械力在不同的原子力显微镜的杠杆干扰正常的原子力显微镜操作，以及假发光的尖端和悬臂影响时间分辨荧光检测。通过定义非干扰实验成像参数，我们显示了准确的实时采集和相互作用力，荧光寿命和强度表征形态（AFM）和局部粘度（FLIM）的凝胶和流体相分离的支持脂质模型膜的二维映射。最后，作为通过同步力和荧光光谱的原理证明，我们通过控制其与金属表面的距离来精确地调整位于AFM针尖上的荧光纳米金刚石的寿命。这开辟了一个新的途径淬火传感图像软生物样品，如膜，因为它不需要与传统的AFM在液体中的尖端样品的机械接触。
2020-02-21 physics.bio-ph physics.ins-det q-bio.BM
Zero-Temperature Casimir Fluctuations and the Limits of Force Microscope Sensitivity
据预测，在力显微镜的量子波动负责的卡西米尔力可以直接观察到的温度无关的力的波动具有谱密度$9π/(40\ln(4/e)) \hbar δk$，其中$\hbar$是普朗克常数和$δk$是观察到的变化弹性常数作为显微镜针尖接近样品。对于典型的操作参数，预测的力噪声在一赫兹带宽内为$10^{-18}$牛顿量级。第二定律通过波动耗散定理得到遵守。对于小的尖端样品分离的悬臂梁阻尼预计将增加温度降低，一个行为，这是让人想起的近藤效应。
1997-10-18 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Quadrature phase interferometer for high resolution force spectroscopy
在这篇文章中，我们提出了一个原子力显微镜（AFM）偏转测量装置。它是基于一个正交相位差分干涉仪：我们测量的光路之间的差异，反射的激光束的悬臂梁尖端和参考光束反射的传感器的静态基地。一个设计具有非常低的环境敏感性和另一个允许校准测量的宽光谱范围内进行描述。两者都能实现非常高的分辨率（低至$\SI{2.5E-15}{m/\sqrt{Hz}}$），通过AFM杠杆上的热噪声测量来说明。它们具有出色的长期稳定性和独立于干涉仪光学相位的恒定灵敏度。快速回顾表明，我们的精度等于或优于文献中报道的最佳结果，但对于更大的偏转范围，高达几个$\SI{}{\micro m}$。
2013-08-08 physics.ins-det physics.optics
Optomechanical Resonating Probe for Very High Speed Sensing of Atomic Forces
原子力光谱和显微镜（AFM）是表征纳米结构和生物系统的宝贵工具。大多数实验，包括最先进的分子键图像，都是通过在机械共振下驱动探针来实现的。对于最快的AFM微杠杆，这种共振达到MHz，典型的运动幅度为几纳米。下一代的分子尺度动力学研究，包括更快的力成像和更高分辨率的耗散相互作用的光谱学，需要更多的带宽和振动幅度低于原子间的距离，非微扰短程尖端物质相互作用。探针频率是提高带宽同时减少布朗运动的关键参数，从而允许大信噪比以实现精细分辨率。光机械谐振器在10^（-18）m处达到运动检测。(Hz)^（-1/2），而耦合光体振动模式的频率大大超过那些的悬臂梁。在这里，我们介绍了一个光学操作的共振光机械原子力探针的频率20倍以上的最快的功能AFM杠杆，而布朗运动是4个订单以下。基于绝缘体上硅技术，该探针演示了接触和非接触式相互作用的高速传感，并具有亚皮米驱动运动，打破了电流锁，实现了更快，更精细的原子力光谱。
2018-10-15 physics.app-ph physics.ins-det
