Mikroskop atomárních sil: základní popis instrumentace



Podobné dokumenty
MĚŘENÍ V SEMIKONTAKTNÍM REŽIMU POMOCÍ MIKROSKOPU SOLVER NEXT

MĚŘENÍ V KONTAKTNÍM REŽIMU POMOCÍ MIKROSKOPU SOLVERNEXT

Mikroskopie rastrující sondy

Mikroskopie se vzorkovací sondou. Pavel Matějka

Skenovací tunelová mikroskopie a mikroskopie atomárních sil

Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM

Zobrazovací metody v nanotechnologiích

Proč elektronový mikroskop?

Studium vybraných buněčných linií pomocí mikroskopie atomárních sil s možným využitím v praxi

EVROPSKÝ FOND PRO REGIONÁLNÍ ROZVOJ PRAHA & EU - INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI

Modulace a šum signálu

Věra Mansfeldová. Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR, v. v. i.

Mikroskopie skenující sondou (Scanning Probe Microscopy)

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Techniky mikroskopie povrchů

Mikroskop atomárních sil

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Zásady regulace - proudová, rychlostní, polohová smyčka

Transmisní elektronová mikroskopie Skenovací elektronová mikroskopie Mikroskopie skenující sondou. Mikroskopické metody SEM, TEM, AFM

Přednáška 6. SPM (Scanning Probe Microscopies) - AFM (Atomic Force Microscopy) Martin Kormunda

6. Měření veličin v mechanice tuhých a poddajných látek

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

Optická konfokální mikroskopie a mikrospektroskopie. Pavel Matějka

Optická mikroskopie a spektroskopie nanoobjektů. Nanoindentace. Pavel Matějka

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

FOTOAKUSTIKA. Vítězslav Otruba

Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2012

VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ

METROLOGICKÉ ZABEZPEČENÍ MĚŘENÍ DÉLEK V NANOMĚŘÍTKU. Petr Klapetek a, Miroslav Valtr a, Josef Lazar b, Ondřej Číp b

Oscilátory Oscilátory

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Základy výpočetní tomografie

ochranným obvodem, který chrání útlumové články před vnějším náhodným přetížením.

ZÁKLADNÍ EXPERIMENTÁLNÍ

Ultrazvuková defektoskopie. Vypracoval Jan Janský

sil Úvod Klára Smolná objektu. vzorku jeho laserový typicky

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Morfologie částic Fe 2 O 3. studium pomocí AFM

Oscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)

ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE

Bezkontaktní měření vzdálenosti optickými sondami MICRO-EPSILON

Obrázek č. 7.0 a/ regulační smyčka s regulátorem, ovladačem, regulovaným systémem a měřicím členem b/ zjednodušené schéma regulace

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Mikroskopie skenující sondou

ANALÝZA VLASTNOSTÍ KÓNICKÉHO PIEZOELEKTRICKÉHO SNÍMAČE AKUSTICKÉ EMISE

Program Letní školy SPM mikroskopie

Základy fyzikálněchemických

Analýza magnetických mikročástic mikroskopií atomárních sil

Meo S-H: software pro kompletní diagnostiku intenzity a vlnoplochy

Seznam témat z předmětu ELEKTRONIKA. povinná zkouška pro obor: L/01 Mechanik elektrotechnik. školní rok 2018/2019

Pracovní třídy zesilovačů

Kompaktní mikroprocesorový regulátor MRS 04

Technická specifikace předmětu veřejné zakázky

Obr. 1 Činnost omezovače amplitudy

ATENTOVY SPIS. Právo k využití vynálezu přísluší státu podle 3 odst. 6 zák. č. 34/1957 Sb. Přihlášeno 28. VÍL 1970 [PV )

TEST PRO VÝUKU č. UT 1/1 Všeobecná část QC

Polovodičové diody. Dělení polovodičových diod podle základního materiálu: Germaniové Křemíkové Galium-arsenid+Au

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Vybrané spektroskopické metody

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

Mikroskopie skenující sondou: teorie a aplikace

Moderní trendy měření Radomil Sikora

Obrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač

Zobrazování. Zdeněk Tošner

Oscilátory. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EO.

POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ (19) (13) B1. (40) Zveřejněno (45) Vydáno (75) Autor vynálezu A.UTRATA RUDOLF Ing. CSo.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY. OPTICKÝ SPOJ LR-830/1550 Technický popis

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Úniverzální ústředna detekčního systému ADS ASIN ACU. Příručka uživatele

Elektronová Mikroskopie SEM

4 Vibrodiagnostika elektrických strojů

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

Viková, M. : MIKROSKOPIE V Mikroskopie V M. Viková

Výukové texty. pro předmět. Měřící technika (KKS/MT) na téma. Základní charakteristika a demonstrování základních principů měření veličin

Ultrazvukové diagnostické přístroje. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Rychlý průvodce AXS-100

Mikroskopické techniky

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

Inteligentní převodníky SMART. Univerzální vícevstupový programovatelný převodník. 6xS

FTTX - Měření v optických sítích. František Tejkl

Ultrasonografická diagnostika v medicíně. Daniel Smutek 3. interní klinika 1.LF UK a VFN

Infračervená spektroskopie

Fyzika - Sexta, 2. ročník

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zesilovače biologických signálů, PPG. A6M31LET Lékařská technika Zdeněk Horčík, Jan Havlík Katedra teorie obvodů

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ DEFORMACE

Proudové převodníky AC proudů

Měření teplotní roztažnosti

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

P9 Provozní tvary kmitů

Ultrazvuk Principy, základy techniky Petr Nádeníček1, Martin Sedlář2 1 Radiologická klinika, FN Brno 2 Biofyzikální ústav, LF MU Brno Čejkovice 2011

Metody skenovací elektronové mikroskopie SEM a analytické techniky Jiří Němeček

Konfokální mikroskop vybavený FLIM modulem pro detekci interakce molekul u živých buněk

Odůvodnění vymezení technických podmínek podle 156 odst. 1 písm. c) zákona č. 137/2006 Sb., o veřejných zakázkách

Optoelektronické senzory. Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

Demonstrační experimenty se skenerem a dokumentovou kamerou

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

Magnetický záznam zvuku

Transkript:

Mikroskop atomárních sil: základní popis instrumentace Jednotlivé komponenty mikroskopu AFM Funkce, obecné nastavení parametrů a jejich vztah ke konkrétním funkcím software Nova Verze 20110706 Jan Přibyl, pribyl@nanobio.cz

Obsah přednášky Blokové schéma mikroskopu AFM Popis jednotlivých složek mikroskopu a jejich funkce Obecné nastavení mikroskopu a popis nastavovaných veličin Nastavované veličiny v programu Nova a mikroskopu NTgra Vita

AFM mikroskop základní komponenty Detektor Regulace zpětné vazby Fotodioda 4-segmentová Laser Povrch vzorku Kantilever a hrotem PZT skener (PiezoElectric Tube)

AFM mikroskop blokové schéma

Kantilever a hrot

Kantilever a hrot tl. 1 mm Reflexní vrstva (zlato) kantilever hrot 50-100 um 2 mm Nosič kantileveru 100-200 um 6 mm 5 um Nosič kantileveru je poměrně univerzální pro všechny typy AFM mikroskopů Kantilever a hrot se liší velmi tvar, velikost, materiál, vlastnosti.

Změna vlastností kantileveru Při kontaktu s povrchem Torzní síly (LF latheral forces) Ohyb kantileveru (DFL deflection) Projeví se jako změna polohy odraženého laserového paprsku na detekční fotodiodě DFL LF

Druhy kantileverů Dle tvaru Dle materiálových vlastností vyjádřeno konstantou tuhosti Force Constant [N/m] K. tuh. [N/m] 10-130 1-10 0.1-1.0 0.005-0.1 Materiál kr. křemík pol. křemík sklo Si 3 N 4 Res. f. [khz] 200-500 100-200 15-100 1-20 Speciální aplikace další materiálové vlastnosti: vodivé, magnetické, koloidní hroty

Charakteristika kantileverů uvedená na krabičce s nimi Kantileverové pole výběr dle konstanty tuhosti 0.6 0.07 0.03 0.02 0.01 0.1 N/m Skutečná konstrukce kantileverů a hrotů je velmi složitá

Druhy hrotů Tvar vyjádření pomocí poloměru zakřivení Curvature Radius R [nm] R 1 nm 10 nm 100 nm NA R Ultraostré Standardní Speciální aplikace Bezhrotové

Efekt ostrosti hrotu R na rozlišení mikroskopu Ultraostrý hrot = reálný obraz Standardní hrot = R ~ velikosti studovaného objektu Neostrý hrot = nemožnost sledovat detailní strukturu

Laser, fotodioda a kantilever

Fotodioda 4-segmentová Laser Odraz laserového paprsku od horní plochy kantileveru je detekován na čtyřsegmentové fotodiodě. = detekce ohybu kantileveru ( interakce hrot-povrch) vrch vzorku Kantilever a hrotem PZT skener (PiezoElectric (PiezoElectric Tube) Tube) Lze sledovat v okně Aiming, ale program Nova si převádí obraz z fotodiody do podoby 2D obrázku automaticky. Okno Aiming je tedy dobré jen k počátečnímu nastavení laseru. LF DFL

Aiming: počáteční nastavení laseru Obraz laseru co nejblíže špičce a zároveň co nejvyšší signál Jednotky LASER jsou relativní a u každého typu kantileveru mohou nabývat jiných hodnot (obecně lze konstatovat, že by hodnota měla být vždy vyšší než 20) Obraz není na středu fotodiody Poloha a intenzita LASER se ladí pohybem laserové LED pomocí koleček s označením LASER.

Aiming: počáteční nastavení laseru Také jednotky DFL a LF jsou relativní slouží k určení polohy (po vynulování musí být < 0.1) Vynulování polohy laseru pohybem fotodiody na střed obrazu laseru: Provede se pohybem koleček PHOTODIODE (na měřící hlavě)

Kontaktní mód Měřenou veličinou v kontaktním módu je ohyb kantileveru (= deflection, DFL) V programu Nova se zobrazuje ohyb kantileveru (resp. pohyb obrazu laseru na fotodiodě v důsledku ohybu kantileveru) jako veličina DFL [na]. Veličina DFL je převáděna program automaticky do výškového profilu a má tedy význam spíše pro přiblížení k povrchu vzorku. Ohyb kantileveru (DFL deflection)

SetPoint: vyjadřuje relativní míru zvýšení ohybu kantileveru při kontaktu se vzorkem DFL int ohyb (kontakt) DFL 0 bez ohybu (kontaktu)

Semikontaktní mód Měřenou veličinou v semi kontaktním módu je amplituda kmitu (= magnitude, MAG) V programu Nova se zobrazuje amplituda kmitu kantileveru jako veličina MAG [na], což je relativní veličina přímo úměrná velikosti amplitudy. Reálnou velikost amplitudy lze však určit až pomocí MAG-výška křivky. Veličina MAG je převáděna program automaticky do výškového profilu a má tedy význam spíše pro přiblížení k povrchu vzorku. A 0 volná amplituda A int tlumená amplituda (= interakce)

SetPoint: vyjadřuje relativní míru utlumení (snížení) volné amplitudy při kontaktu se vzorkem A 0 volná amplituda A int tlumená amplituda (= interakce)

PZT Piezo-elektrody

Piezo-elektrody PZT Duté elektrody z keramického materiálu potažené kovovými elektrodami. Aplikace napětí způsobuje změnu velikosti krystalové mřížky posun vzorku / hlavy Přesné řízení napětí = přesné řízení pohybu (rozlišení v řádu pm) Dva základní typy AFM mikroskopie - dle pozice PZT: Skenování próbou Pohyb v x,y,z osách i oscilaci ve sken. hlavě Rozsah 100-150 um Horší rozlišení Skenování vzorkem Pohyb v x,y,z osách vzorek Oscilátor ve sken. hlavě Rozsah 3-7 um Výborné rozlišení, nízký šum

Piezo-elektrody PZT V softwarovém nastavení programu Nova 1. Přiblížení hrotu k povrchu: - Nejprve krokovým motorem s mikrometrickým šroubem - Po prvním kontaktu s povrchem dokončení Z-piezem Poloha Z-skeneru Skok signálu zprostředkovaný Z-piezem Přiblížení k povrchu probíhá automaticky po kliknutí na ikonu LANDING v okně Approach.

2. FBloop (zpětnovazebná smyčka, FeedBack Loop) - Zpětná vazba kontinuálně udržuje konstantní ohyb kantileveru při pohybu nad skenovaným vzorkem - Zapnutí/vypnutí smyčky se projeví kontaktem hrotu se vzorkem: PZT VYPNUTO VYP ZAP ZAPNUTO vzorek VYP ZAP

3. SCAN: většina parametrů skenování je řízeno PZT Výběr rychlosti skenování. Pro malé molekuly 0.35 0.7 Hz (lze využít jiné jednotky rychlosti) Počet bodů (pixelů): možnosti 128x128; 256x256, 512x512 a 1024x1024 pix. Velikost zobrazované oblasti (10 nm až 6.664 um) Velikost kroku při skenování.

Detailní nákres trubkového piezo-skeneru pro AFM mikroskop

Nelineární průběh pohybu piezo-elektrod v závislosti na aplikovaném napětí Nativní data z AFM mikroskopu jsou nakloněná. Při vyhodnocování se odstraňuje např. polynomální regresí

Oscilátor

Oscilátor (PV, PiezoVibrations) vždy umístěn ve skenovací hlavě

Parametry oscilátoru se nastavují v okně Resonance Amplitude = napětí aplikované na oscilátor [V] Gain = Lock-In zesilovač signálu DFL x = prosté matematické vynásoben sobení intenzity signálu (zesílí i šum) Intenzita oscilace kantileveru je vyjádřena relativním parametrem MAG [na], který je úměrný reálné hodnotě kmitu kantileveru, ale pro její určení je potřeba provést MAG-výška spektroskopii

Další komponenty

ClosedLoop smyčka (v ose X, Y) ClosedLoop Založeno na sensorech elektrické kapacity Sensory elektrické kapacity Korekce teplotního driftu Linearizace posunu piezo-elektrod

Krokový motor s mikrometrickým šroubem (motorized stage) Pro přiblížení vzorku do dosahu (rozsahu) piezo-elektrod (lze ovládat i ručně)