| Titre : | A Fresh Insight Into the Microcantilever-Sample Interaction Problem in Non-Contact Atomic Force Microscopy (2006) |
| Titre original : | Aperçu Frais du Problème en Porte-à-Faux Micro d'Interaction d'Echantillon dans la Microscopie Atomique de non Contact de Force |
| Auteurs : | Jalili, Nader, Auteur ; Dadfarnia, Mohsen, Auteur ; Dawson, Darren, M., Auteur |
| Type de document : | Article : texte imprimé |
| Dans : | Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control (Vol. 126 N° 2, Juin 2004) |
| Article en page(s) : | 327-335 p. |
| Note générale : | Génie Mécanique |
| Langues : | Anglais |
| Index. décimale : | 629.8 |
| Tags : | Microscope de force Système atomique Force intermoléculaire Microscopie perçage Evaluation dimensionnel |
| Résumé : |
The atomic force microscope (AFM) system has evolved into a useful tool for direct measurements of intermolecular forces with atomic-resolution characterization that can be employed in a broad spectrum of applications. The non-contact AFM offers unique advantages over other contemporary scanning probe techniques such as contact AFM and scanning tunneling microscopy, especially when utilized for reliable measurements of soft samples (e.g., biological species). Current AFM imaging techniques are often based on a lumped-parameters model and ordinary differential equation (ODE) representation of the micro-cantilevers coupled with an adhoc method for atomic interaction force estimation (especially in non-contact mode). Since the magnitude of the interaction force lies within the range of nano-Newtons to pica-Newtons, precise estimation of the atomic force is crucial for accurate topographical imaging. In contrast to the previously utilized lumped modeling methods, this paper aims at improving current AFM measurement technique through developing a general distributed-parameters base modeling approach that reveals greater insight into the fundamental characteristics of the microcantilever-sample interaction. For this, the governing equations of motion are derived in the global coordinates via the Hamilton's Extended Principle. An interaction force identification scheme is then designed based on the original infinite dimensional distributed-parameters system which, in turn, reveals the unmeasurable distance between AFM tip and sample surface. Numerical simulations are provided to support these claims.
Le système atomique du microscope de force (AFM) s'est transformé en un outil utile pour des mesures directes des forces intermoléculaires avec la caractérisation d'atomique-résolution qui peut être utilisée dans un large éventail les applications. Les avantages uniques d'offres de non contact d'AFM par rapport à l'autre balayage contemporain sondent des techniques telles que le contact AFM et la microscopie de perçage d'un tunnel de balayage, particulièrement une fois utilisés pour des mesures fiables des échantillons mous (par exemple, espèces biologiques). Des techniques courantes de formation image d'AFM sont souvent basées sur des lumped-paramètres modèlent et représentation ordinaire d'équation (ODE) du micro-cantilevers couplée à une méthode d'adhoc pour l'évaluation atomique de force d'interaction (particulièrement en mode de non contact). Puisque l'importance de la force d'interaction se trouve en dessous de la marge de nano-newtons à pica-Newton, l'évaluation précise de la force atomique est cruciale pour la formation image topographique précise. Contrairement au précédemment utilisé lumped modelant des méthodes, cet article vise à améliorer la technique courante de mesure d'AFM en développant une approche modelante basse de distribuer-paramètres généraux qui indique une plus grande perspicacité dans les caractéristiques fondamentales de l'interaction d'microcantilever-échantillon. Pour ceci, les équations régissantes du mouvement sont dérivées dans les coordonnées globales par l'intermédiaire du principe prolongé de Hamilton. Un arrangement d'identification de force d'interaction est alors conçu basé sur le système dimensionnel infini original de distribuer-paramètres qui, alternativement, indique la distance immensurable entre le bout d'AFM et la surface témoin. Des simulations numériques sont fournies pour soutenir ces réclamations. |
