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原子力显微镜-实验报告
原子力显微镜
姓名：董佳婧 学号：141120221 院系：物理学院

摘 要：本文阐述了原子力显微镜的结构、原理及应用，观察了样品的外表形貌，最后对本实验进行了讨论。
关键词：原子力显镜系统中，使用微小悬臂来感测针尖与样品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动，再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反应系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的外表特性以影像的方式给呈现出来。
3. 原子力显微镜的工作模式
根据探针与样品之间距离的不同，原子力显微镜有可分为三种工作方式。即：接触式，非接触式和轻敲式。
本实验采用接触模式：样品扫描时，针尖始终同样品“接触〞，即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时，由于外表的上下起伏使得针尖-样品距离发生变化，引起它们之间作用力的变化，从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的反面，再反射到位置灵敏的光电检测器时，检测器不同象
三维外表形貌：
2〕A4纸样品的外表形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维外表形貌：
三维外表形貌
：
3〕Cu样品的外表形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维外表形貌：
三维外表形貌
4〕Si样品的外表形貌
粗糙度 Ra: nm ; Ry: nm ; Rz: nm
扫描范围 X: 4000 nm ; Y: 4000 nm
图像大小 X: 400 pixel ; Y: 400 pixel
二维外表形貌
三维外表形貌
6. 对实验的讨论
〔1〕AFM探测到的原子力的由哪两种主要成分组成？
吸引力即范德瓦耳斯力、电子云重叠而引起的排斥相互作用。
〔2〕原子力显微镜有哪些应用？
在物理学中，AFM可以用于研究金属和半导体的外表形貌、外表重构、外表电子态及动态过程，超导体外表结构和电子态层材料中的电荷密度等。从理论上讲，金属的外表结构可由晶体结构推断出，但实际上金属外表很复杂。衍射分析方法已经说明，在许多情况下，外表形成超晶体结构〔称为外表重构〕，可使外表自由能到达最小值，而借助AFM可以方便得到某
些金属、半导体的重构图像。
AFM在高分子领域中的应用已由最初的聚合物外表几何形貌的观测，开展到深入高分子的纳米级结构和外表性能等新领域，并提出了许多新概念和新方法。对高分子聚合物样品的观测,AFM可达纳米级分辨率，能得到真实空间的外表形貌三维图像，同时可以用于研究外表结构动态过程。
在生物学上，AFM比STM更易说明脱氧核糖核酸、蛋白质、多糖等大分子结构，且有其独特的优势：生物大分子样品不需要覆盖导电薄膜；可在多种环境下直接实时观测；图像分辨率高；基底选择性强等。
除物理、化学、生物、等领域外，AFM在微电子学、微机械学、新型材料、医学等领域都有着广泛的应用和巨大的应用前景。
〔3〕与传统的光学显微镜、电子显微镜相比，扫描探针显微镜的分辨本领主要受什么因素限制？
传统的光学显微镜和电子显微镜存在衍射极限，即只能分辨光波长或电子波长以上线度的结构。
微悬臂和针尖是决定AFM灵敏度的核心。为了能够准确地反映出样品外表与针尖之间微弱的相互作用力的变化。得到更真实的样品形貌，提高AFM 的灵敏度，微悬臂的设计通常要求满足下述条件；
较低的力学弹性系数，使很小的力就可以产生可观测的位移
较高的力学共振频率
高的横向刚性，针尖与样品外表的摩擦不会使他发生弯曲
微悬臂长度尽可能短
微悬臂带有能够通过光学、电容、隧道电流方法检测其动态位移的镜子或电极
针尖尽可能锋利
AFM仪器的开展也可以说是微悬臂和针尖不断改良的过程。
〔4〕要对悬臂的弯曲量进行精确测量，除了在AFM中使用光杠杆这个方法外，还有哪些方法可以到达相同数量级的测量精度？
电学方法：
1. 隧道电流检测法。根据隧道电流对电极