真空调频原子力显微镜系统设计

来源：电子测量技术杂志2022年第5期北京时间：

作者：王旭东，温阳，王慧云，冯婕，秦丽，马宗敏

单位：中北大学仪器与电子学院，太原 030051

摘要：原子力显微镜（AFM）作为微观领域表征物质性质的强有力工具，在科学研究中被广泛应用。现有的商业原子力显微镜的工作模式大都为调幅模式（AM-AFM），受品质因子 Q 的影响限制了进一步的高分辨率成像研究。为进一步提高分辨率，设计研发了调频原子力显微镜（FM-AFM），分析了影响系统分辨率的重要因素，并且设计了真空系统，以此提高探针悬臂的品质因子 Q。本文对真空环境下 FM-AFM 的系统性能进行了实验和研究，从系统灵敏度以及测量效果等方面讨论了真空环境下 FM-AFM 相较于大气环境下的优越性。系统功率谱密度达到10 mHz/■，系统灵敏度 Δf≤0.02Hz，探针悬臂的品质因子 Q 达到14 212，突破了原子力显微镜中的 Q 限制。

关键词：调频原子力显微镜（FM-AFM）;真空系统;高Q因子;高灵敏度

基金资助：科技部国家重点研发计划(2018YFF01012502)； 国家自然科学基金(61874100)； 山西省重点研发计划(201803D421037)； 山西“1331工程”重点学科建设(1331KSC)项目资助