除了三種常見的三種工作模式外,原子力顯微鏡還可以進(jìn)行下面的工作:
1、橫向力顯微鏡(LFM)
橫向力顯微鏡(LFM)是在原子力顯微鏡(AFM)表面形貌成像基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)之一。工作原理與接觸模式的原子力顯微鏡相似。當(dāng)微懸臂在樣品上方掃描時(shí),由于針尖與樣品表面的相互作用,導(dǎo)致懸臂擺動(dòng),其擺動(dòng)的方向大致有兩個(gè):垂直與水平方向。一般來說,激光位置探測器所探測到的垂直方向的變化,反映的是樣品表面的形態(tài),而在水平方向上所探測到的信號的變化,由于物質(zhì)表面材料特性的不同,其摩擦系數(shù)也不同,所以在掃描的過程中,導(dǎo)致微懸臂左右扭曲的程度也不同,檢測器根據(jù)激光束在四個(gè)象限中,(A+C)-(B+D)這個(gè)強(qiáng)度差值來檢測微懸臂的扭轉(zhuǎn)彎曲程度。而微懸臂的扭轉(zhuǎn)彎曲程度隨表面摩擦特性變化而增減(增加摩擦力導(dǎo)致更大的扭轉(zhuǎn))。激光檢測器的四個(gè)象限可以實(shí)時(shí)分別測量并記錄形貌和橫向力數(shù)據(jù)。
2、曲線測量
SFM除了形貌測量之外,還能測量力對探針-樣品間距離的關(guān)系曲線Zt(Zs)。它幾乎包含了所有關(guān)于樣品和針尖間相互作用的必要信息。當(dāng)微懸臂固定端被垂直接近,然后離開樣品表面時(shí),微懸臂和樣品間產(chǎn)生了相對移動(dòng)。而在這個(gè)過程中微懸臂自由端的探針也在接近、甚至壓入樣品表面,然后脫離,此時(shí)原子力顯微鏡(AFM)測量并記錄了探針?biāo)惺艿牧Γ瑥亩玫搅η€。Zs是樣品的移動(dòng),Zt是微懸臂的移動(dòng)。這兩個(gè)移動(dòng)近似于垂直于樣品表面。用懸臂彈性系數(shù)c乘以Zt,可以得到力F=c·Zt。如果忽略樣品和針尖彈性變形,可以通過s=Zt-Zs給出針尖和樣品間相互作用距離s。這樣能從Zt(Zs)曲線決定出力-距離關(guān)系F(s)。這個(gè)技術(shù)可以用來測量探針尖和樣品表面間的排斥力或長程吸引力,揭示定域的化學(xué)和機(jī)械性質(zhì),像粘附力和彈力,甚至吸附分子層的厚度。如果將探針用特定分子或基團(tuán)修飾,利用力曲線分析技術(shù)就能夠給出特異結(jié)合分子間的力或鍵的強(qiáng)度,其中也包括特定分子間的膠體力以及疏水力、長程引力等。
3、納米加工
掃描探針納米加工技術(shù)是納米科技的核心技術(shù)之一,其基本的原理是利用SPM的探針-樣品納米可控定位和運(yùn)動(dòng)及其相互作用對樣品進(jìn)行納米加工操縱,常用的納米加工技術(shù)包括:機(jī)械刻蝕、電致/場致刻蝕、浸潤筆(Dip-PenNano-lithography,DNP)等。
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