用于力谱的功能化原子力显微镜探针：通过热噪声测量进行本征模态形状与刚度校准
介观与纳米尺度物理
2013-05-09 v2 统计力学
仪器与探测器
摘要
用胶体微球对原子力显微镜（AFM）悬臂梁进行功能化是一种广泛使用的技术，特别是在需要控制探针与样品之间几何形状的力谱应用中。但仍存在一些疑问：粘接在悬臂梁末端的微球如何影响其机械响应？更重要的是，对于定量测量，我们是否仍能使用传统技术确定 AFM 探针的刚度？本文通过测量带有和不带有末端微球的矩形 AFM 微悬臂梁的热噪声，研究了胶体质量负载对本征模态形状和共振频率的影响。实验使用基于差分干涉仪的自制超高灵敏度 AFM 进行。干涉仪的聚焦光束在不同位置探测悬臂梁，无需外部激发即可确定直至第五阶共振的模态空间形状。结果清楚地表明，第一本征模态几乎不受质量负载的影响。然而，高阶共振的振荡行为呈现出显著差异：当粒子粘接在其末端时，模态的节点向悬臂梁自由端移动。将这些结果与考虑负载质量和惯性矩的 Euler-Bernoulli 框架下的解析模型进行了比较，其中明确推导了本征模态的归一化，以便定量预测每种模态的热噪声振幅。实验结果与解析模型吻合良好，从而实现了探针刚度的精确校准。
引用
@article{arxiv.1302.2583,
title = {Functionalized AFM probes for force spectroscopy: eigenmodes shape and stiffness calibration through thermal noise measurements},
author = {Justine Laurent and Audrey Steinberger and Ludovic Bellon},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.2583},
year = {2013}
}