Temperature measurement at the end of a cantilever using oxygen paramagnetism in solid air
我们演示了温度测量的样品连接到悬臂的末端，使用悬臂的固体空气“污染”的样品表面的磁性。在我们的磁共振力显微镜（MRFM）等实验中，样品安装在具有小热导率的薄悬臂梁的末端。因此，样品可以处于与仪器主体显著不同的温度。使用悬臂梁磁力测量法在固体空气中的氧顺磁性提供了样品的温度，而无需对我们的MRFM（磁共振力显微镜）设备进行任何修改。
2002-10-23 physics.ins-det
Dynamic Calibration of Higher Eigenmode Parameters of a Cantilever in Atomic Force Microscopy Using Tip-Surface Interactions
我们提出了一个理论框架的悬臂梁的高本征模参数（刚度和光杠杆响应）的动态校准。该方法是基于尖端表面力重建技术，不需要任何先验知识的本征模式的形状或特定形式的尖端表面相互作用。所提出的校准方法需要使用多模态驱动器的单点力测量，并且其精度与较高本征模的未知物理振幅无关。
2014-06-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Calibration of oscillation amplitude in Dynamic Scanning Force Microscopy
介绍了一种动态扫描力显微镜中振幅的精确标定方法。它是实验表明，一个典型的电子用于处理的悬臂梁的动态运动，可以调整到转移的悬臂梁运动的热噪声从其谐振频率到一个低得多的频率内的相应的电子的典型带宽。因此，在这种电子设备的同相（“相位”）和异相（“幅度”）输出中测量的热噪声可以与热能$kT$相关。如果悬臂的力常数是已知的，则可以从这些信号中测量的热功率精确地校准振荡幅度。基于这一概念，提出了两种振幅校准方法。一种是基于在用于处理悬臂的动态运动的电子器件的输出处测量的均方根（RMS）的简单计算，另一种是基于相应频谱的分析和品质因数、谐振频率和信号强度的计算。
2012-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Time-varying tip-sample force measurements confirm steady-state dynamics in tapping-mode atomic force microscopy
通过扭转谐波悬臂梁直接测量时变针尖-样品力有助于详细研究双模态原子力显微镜中的悬臂梁动力学。在这里，我们报告的实验证据表明，描述的稳态动力学的数学关系定量满足在广泛的实验条件下的独立测量的尖端样品的力量。这些结果证实了现有的理解的双模态原子力显微镜和建立信心的可靠性随时间变化的尖端样品力测量的扭转谐波杠杆。
2007-12-18 physics.ins-det
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
Novel Fabrication of Micromechanical Oscillators with Nanoscale Sensitivity at Room Temperature
我们报告超灵敏微机械振荡器的设计，制造和实施。我们的具有集成磁性结构的单晶硅悬臂梁是同类产品中的第一款：它们采用新型高产量工艺制造，其中磁性薄膜图案化和沉积与悬臂梁制造相结合。这些新的设备已被开发用于悬臂式磁强计和核磁共振力显微镜（MRFM）的力传感器。这两个应用程序已经实现了纳米级的分辨率使用本工作中描述的杠杆。当用作磁力计时，该器件实现的电流磁矩灵敏度在室温下为10^{-15} J/T，与传统磁力计相比，灵敏度提高了1000倍以上。目前MRFM悬臂梁的室温力灵敏度在1 Hz带宽内为~10^{-16} N，这与其类型的类似装置的室温灵敏度相当。有限元建模用于改进设计参数，确保装置满足实验要求，并将模态形状与观测结果相关联。优化了MEMS制造工艺，平均产率约为85%，取向优于1000 nm。当需要纳米尺度尺寸时，使用制造后聚焦离子束铣削来进一步图案化集成磁性结构。
2006-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Vibration of a Cantilever Beam in Ambient Fluid
在这里，我们获得的悬臂梁的频率响应的分析表达式中存在的环境流体。我们的方法的优点，除了其简单的使用，是它明确地包含周围流体的粘度和密度。因此，在测量频谱时，该表达式可用于粘度计的设计。相反，如果周围的流体是已知的，该表达式可以用于设计的力计，如在原子力显微镜。
2016-08-19 physics.ins-det
Cantilever-enhanced photoacoustic measurement of light-absorbing aerosols
光声检测是一种直接测量气溶胶中吸光颗粒的灵敏方法。在这篇文章中，我们展示了一种新的光声气溶胶吸收测量的灵敏技术，使用悬臂梁麦克风的光声信号的检测。与传统振膜传声器相比，悬臂梁的灵敏度提高了两个数量级。在这里，我们达到了0.013 Mm $^{-1}$（一个标准差）的噪声水平，采样时间为20 s，使用简单的单通设计，而不需要谐振声学单元。我们证明了该方法在尺寸选择的苯胺黑颗粒和环境黑碳的测量。由于其出色的灵敏度，该技术在要求低检测限的应用中显示出巨大的潜力，例如尺寸选择的吸收测量和超净环境中的炭黑检测。
2021-06-23 physics.ao-ph physics.ins-det
Spin Relaxation Caused by Thermal Excitations of High Frequency Modes of Cantilever Vibrations
我们考虑了磁共振力显微镜中振荡磁共振驱动的绝热反转技术中的自旋弛豫过程。我们模拟了在自旋子系统的拉比频率范围内，由高频悬臂梁模的热激发引起的自旋弛豫。在我们的模拟中获得的最小弛豫时间是更大的，但在最近的实验中测得的一个相同的数量级。我们证明，使用非均匀的横截面积的悬臂梁可以显着增加自旋弛豫时间。
2003-03-28 cond-mat physics.ins-det quant-ph
Force sensing with nanowire cantilevers
纳米线和纳米管等具有高纵横比的纳米级结构将低机械损耗与高谐振频率相结合，使其成为要求最高灵敏度的应用中理想的力传感器和扫描探针。这样的结构承诺记录力的灵敏度结合在扫描探针显微镜的易用性。各种可能的材料成分和功能化是可用的，允许以优化的灵敏度感测各种类型的力。此外，纳米线具有准简并的力学模式二重态，这使得证明了灵敏的矢量力和质量检测。这些发展促使研究人员在各种力传感应用中使用纳米线杠杆，包括样品表面形貌的成像，光机械力、电力和磁力的检测，以及磁共振力显微镜。在本文中，我们讨论了使用纳米线作为力传感器背后的动机，解释了力传感的方法与纳米线杠杆，并给出了该领域的实验进展和未来的展望。
2019-01-17 physics.app-ph physics.ins-det
"Actuation at a distance" of microelectromechanical systems using photoelectrowetting: proof-of-concept
我们在这里展示了一个概念验证实验，微机电系统（MEMS）可以使用光电润湿致动。为了证明这一点，30 μm厚的铝悬臂使用普通的白光源驱动。使用等于\approx 1000 W m-2的光辐照度在7 V的偏压下观察到56 μm的偏转。悬臂的偏转依赖于最近观察到的光电润湿效应[Sci. 1，184（2011）]。这种“远距离致动”对于自主无线传感器、MEMS和微系统的光学寻址和控制可能很有用。
2012-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn physics.ins-det
Harnessing bifurcations in tapping-mode atomic force microscopy to calibrate time-varying tip-sample force measurements
扭转谐波杠杆允许在双模态原子力显微镜中测量随时间变化的针尖-样品力。这些力测量的准确性对于定量纳米机械测量是重要的。在这里，我们展示了一种方法，将扭转偏转信号转换成校准的力波形与使用的非线性动态响应的攻丝悬臂。具体地，稳定振荡状态之间的转变用于校准扭转偏转信号。
2007-09-04 physics.ins-det
Stable, mode-matched, medium-finesse optical cavity incorporating a microcantilever mirror
一个稳定的光学谐振腔已建成使用30微米宽，金属涂层的微悬臂梁作为一个反射镜。第二反射镜是直径为12.7 mm的凹面介质反射镜。通过将两个反射镜以近半球形配置相距75 mm定位，实现了具有等于55的精细度的法布里-珀罗腔。这种精细度受到悬臂金属涂层中的光学损耗的限制;来自小镜子的衍射损耗可以忽略不计。该腔实现了悬臂梁布朗运动的被动激光冷却。
2006-05-16 physics.ins-det physics.optics
Optical diffraction for measurements of nano-mechanical bending
用于AFM的微机械传感器（诸如悬臂梁）通常依赖于光学读出方法，其需要微结构的特定区域的照明。在这里，我们探索和利用的衍射效应，以前被忽视的悬臂梁弯曲测量技术建模时。悬臂梁端部的照明导致在光电检测器处的不对称衍射图案，其显著影响流行的光束偏转技术（OVDT）中的信号的校准。用于避免检测伪影的优化线性信号的条件与小数值孔径照明和窄杠杆相冲突，小数值孔径照明和窄杠杆更柔和，因此更灵敏。采用衍射图案作为物理可测量的允许更丰富的检测技术，该检测技术使倾斜和曲率的测量更加复杂，并且同时放松对照明和检测器的对准的要求。我们展示了分析结果，数值模拟和生理相关的实验数据证明这些衍射功能的实用性。我们提供实验设计指导方针，并确定和量化可能的来源系统误差高达10%的OVDT。我们展示了一种新的纳米分辨率的检测方法，可以取代OBDT，其中Frauenhofer和布拉格衍射效应从有限大小和图案化的杠杆被利用。这种效应很容易推广到阵列，并允许传输检测机械曲率，使在线仪器。特别地，具有周期性槽阵列的悬臂产生布拉格峰，其可以被分析以推断悬臂曲率。我们通过检测抗生素万古霉素的分子活性突出了相对于OBDT的比较优势，RMS噪声相当于小于$2.5 μM$（1.5 nm），作为可能的多标记物生物测定的示例。
2015-09-01 physics.ins-det
SOI-based micro-mechanical terahertz detector operating at room-temperature
提出了一种制作在绝缘体上硅（SOI）衬底上的微机械太赫兹（THz）探测器。该设备是基于一个U形的悬臂梁微米大小，在其顶部的两个铝半波偶极子天线沉积。这产生在$\sim 2-3.5$ THz频率范围上延伸的吸收。由于硅和铝的热膨胀系数不同，所吸收的辐射引起悬臂的变形，该变形使用$1.5μ$ m激光二极管光学地读出。通过用振幅调制的2.5 THz量子级联激光器照射探测器，我们在室温和大气压下获得了悬臂梁基本机械弯曲模式的$\sim 1.5 \times 10^{8}$ pm/W的响应率。这在2.5THz下产生20 nW/Hz $^{1/2}$的噪声等效功率。最后，该模式的低机械品质因数允许约150 kHz带宽的宽频率响应，响应时间为$\sim 2.5μ$ s。
2022-04-11 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Power spectrum analysis with least-squares fitting: Amplitude bias and its elimination, with application to optical tweezers and atomic force microscope cantilevers
光镊和原子力显微镜杠杆的标定通常通过拟合布朗运动的实验功率谱来实现。我们在这里证明，如果这是用典型的加权最小二乘法完成的，结果是拟合扩散系数值的相对大小在-2/n和+1/n之间的偏差。这里n是功率谱的平均数，因此典型的校准包含10-20%的偏差。偏置的符号和大小都取决于所应用的加权方案。因此，基于扩散系数的长度尺度校准也是如此。特征频率的拟合值不受此偏差的影响。对于AFM，如果有独立的长度刻度校准，则力测量不受影响。光镊就没有这种幸运了，因为弹性常数是特征频率和扩散系数的比值。我们给出了分析结果的重量依赖的偏差为广泛的一类系统，其动态是由一个线性（积分）微分方程加性噪声，白色或有色。例子是光镊与流体动力学自相互作用和混叠，校准Ornstein-Uhlenbeck模型在金融，模型细胞迁移在生物学等，因为偏见采取的形式是一个简单的乘法因子的拟合幅度（例如扩散系数），它是直接删除，用户将需要最小的修改，他或她最喜欢的最小二乘拟合程序。使用合成数据演示和说明结果，因此我们可以将拟合与已知的真实值进行比较。我们还适合一些常见的功率谱一劳永逸的意义上，我们给他们的参数值和相关的误差条作为实验功率谱值的显式函数。
2010-08-30 physics.bio-ph physics.data-an physics.ins-det
