Atomik kuvvet mikroskobu uygulamaları için yüksek hızlı, aktüatörsüz ve dinamik görüntüleme metodunun geliştirilmesi

Abstract

Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) nano bilim ve teknoloji alanında yaygın olarak kullanılan vazgeçilmez bir gereç olmuştur. Ticari sistemler yapısal analiz için yeterli çözünürlük sağlamasına rağmen, dinamikAKM sistemlerinin görüntüleme hızı bazı uygulamalar için yeterli değildir. Bu projede, AKM uygulamaları için yüksek hızlı, aktüatörsüz, ve dinamik bir görüntüleme metodu geliştirdik. Bu metotta geleneksel AKM düzeneklerinde kullanılması gereken piezotüp aktüatörünü kullanmıyoruz. Bunun yerine, Q-kontrollü AKM probunun titreşim modunu aktüatör fonksiyonunu yerine getirmesi için kullanıyoruz. Sıradan bir AKM probuyla bile görüntüleme hızının geleneksel dinamik-AKM görüntüleme yöntemine kıyasla 100 kat mertebesinde arttırılacağını gösterdik. Frekans modülasyonlu AKM sistemlerinde, belirli koşullar altında, rezonans frekansı 600 kHz olan bir prob ile 100×100 piksellik görüntünün 24 çerçeve/sn hızında alınabileceğini teorik olarak gösterdik. Metodu, tarama zamanı, deneğe uygulanan geçici kuvvetlerin tepe değeri, ve ölçüm hatası bakımından değişik denek ve prob parametreleri için inceledik. Görüntüleme hızının yüksek rezonans frekanslı problar kullanılarak daha fazla arttırılabileceğini gösterdik. Metodun vurmalı-modda çalışan AKM üzerinde kanıtlama deneylerini gerçekleştirdik. Deney sonuçları görüntüleme hızının geleneksel görüntüleme yöntemine göre önemli ölçüde arttırılabilecegini göstermiştir. Bu metod elbette herhangi bir özel veya küçük proba ihtiyaç duymadan AKM ile görüntüleme deneylerine harcanan zamanı azaltacaktır. Ayrıca, bu metod dinamik-AKM sistemlerinin endüstriyel ölçekli nano metroloji ve manipülasyon için kullanımlarını yaygınlaştıracaktır. Metodun, küçük prob ve hızlı X-Y tarayıcısı bulunan dinamik-AKM sistemlerine uygulanmasıyla, nanomakinelerin ve bir kaç milisaniye içerisinde gerçekleşen biyomoleküler işlemlerin gerçek-zamanlı görüntülenmesi yakın bir gelecekte mümkün olabilecektir.