【摘 要】
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轻敲式原子力显微镜的悬臂为无限自由度系统,具有多阶谐振模态.为了提高动态原子力显微镜的测量特性,采用激励硅悬臂工作于高阶谐振模态的方法.相较于基础模态,高阶谐振悬臂
【机 构】
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合肥工业大学仪器科学与光电工程学院; 安徽建筑大学电子与信息工程学院;
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(51175141);安徽省高等学校省级自然科学基金资助项目(KJ2015JD09)
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轻敲式原子力显微镜的悬臂为无限自由度系统,具有多阶谐振模态.为了提高动态原子力显微镜的测量特性,采用激励硅悬臂工作于高阶谐振模态的方法.相较于基础模态,高阶谐振悬臂的振动频率和品质因数有所提高,结合振型的不同以及光杠杆检测法的特性,从理论上对高阶谐振模态下动态原子力显微镜的测量特性进行了分析.构建了基于高阶谐振的动态原子力显微镜系统,围绕其主要测量特性,如表面探测垂直分辨力、时间扫描速度以及阻尼特性进行了研究和测试,理论分析和实验结果均表明,相较于一阶谐振模态,二阶谐振模态下的动态原子力显微镜系统的测量特性得到了提高:二阶谐振悬臂扫描速度约为一阶谐振悬臂的3.3倍;二阶谐振悬臂的探测垂直分辨力可达到0.5 nm,远远优于一阶悬臂的0.9 nm;并且二阶谐振悬臂的品质因数远高于一阶谐振状态,降低了大气阻尼对悬臂系统的影响.
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