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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 1
Thomas Fetter
Non-Contact Atomic Force Imaging
SeminarSommersemester 2013„Einführung in die Biophysik“
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 2
Übersicht
•Was ist AFM allg.•Welche Kräfte wirken•Der Cantilever•AFM Nichtkontaktmodus•Versuch von Leo Gross•Quellen•Fragen
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 3
AFM - atomic force microscop
•Deutsch: Raster Kraft Mikroskop•Zur Oberflächenanalyse•3 Arten:
•LEED (Beugung bzw. Streuung) bilden periodische Strukturen inreziproken Raum ab.
•Photo Emmisions Spektroskopie (PES): Bindungsenergien sowie der Impuls von Elektronen im Festkörper
•Raster Tunnel Microskop (das sind wir)
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 4
AFM - atomic force microscop
Raster Tunnel Mikroskop
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 5
Cantilever - Messnadel
Aufbau/ technische Details: •Radius an der Spitze 5 bis 15Nanometer (wenige Atome)
•Federkonstante zwischen 0,01 - 40 N/m
•Typische Eigenfrequenz 2 bis 300 kHz•Spitzen werden normaler Weise aus
harten Materialien gefertigt, wie Silizium, die Diamantstruktur aufweisen.
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 6
Cantilever
Auf die Nadel wirkenden Kräfte:
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 7
Cantilever - Auslenkung
Technik:
•Ursprünglich Anstatt Laser einRaster Tunnelmikroskop
•Vorteil des Lasers: Auch Torsionsmomente messbar (und genauer)
Messung:
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 8
Cantilever - Messnadel
Scannen – „Abfahren“:
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 9
Cantilever - Messnadel
Scannen – „Abfahren“: Erhebungen werden vergrößert, „Löcher“ verkleinert;
Auflösung abhängig von Spitzenqualität
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 10
Cantilever - Messnadel
Scannen – „Abfahren“: Auflösung:
•Selbst Orbitale könnenunter Umständen gemessen werden
•Topografische oft mit elektronischer Information vermischt
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 11
Drei verschiedene AFM Typen
• Kontaktmodus • konstante Höhe • konstante Kraft
• Nicht Kontaktmodus: Cantilever
stellt Harmonischen Oszillator dar
• Tapping: Spitze und Probe berühren
sich gerade noch (an der Amplitude)
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 12
Nichtkontaktmodus
Verfahren:• Cantilever wird zum
Schwingen angeregt • Beim Scannen ändert sich
Abstand(r)-> Resonanzverschiebung
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 13
Nichtkontaktmodus
Es gilt:
• große Abstände -> kleinefreq. Änderungen
• große Frequenzunterschiedesind besser messbar
• nach Möglichkeit denkleinsten Abstand vomCantilever zur Probe
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 14
Nichtkontaktmodus
Variierter Cantileverabstand
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 15
Probleme
Bilder die eine beschädigte Nadel verursachen: kann:
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 16
Paper
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 17
Paper - qPlus
Verwendeter qPlus Sensor:•Oszillationen mit Amplituden
unter einem Å möglich•Temperatur von unter
6°Kelvin erforderlich
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 18
Aufnahme:
NC-AFM of Pentacene on NaCl/Cu(111). Aosc = 100 pm, f0 = 28.75 kHz, Q = 44000.
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 19
Paper
Ausblick:Verfolgung/ Detektierung der Elektronen in Redox-Reaktionen
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 20
Quellen:• Abbildung: Vereinfachtes Schema eines Rastertunnelmikroskops von www.chempage.de• Abbildung AFM Cantilever de.wikipedia.org/wiki/Cantilever_(Mikroskop)• Abbildung Cantilever www.world-of-nano.de• Atomic Force Microscopy - Peter Eaton and Paul West, Oxford Univertity Press• qPlus & Pentacene Sensor: www.omicron.de/en/products/low-temperature-spm/instrument-concept• Science Paper: http://www.sciencemag.org/content/324/5933/1428.full
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NC-AFM Imaging
Thomas Fetter 10615479 6.5.2013 Folie 21
Fragen???