纳米尺度下完整相互作用力曲线的测量

两个相互作用粒子之间的力随距离的变化是科学中最基本的曲线之一。在这方面，原子力显微镜（AFM）是纳米科学中最强大的工具，但在高灵敏度探测吸引力方面存在严重限制。这里描述的力反馈显微镜（FFM）消除了AFM中众所周知的跳触问题，该问题阻碍了相互作用曲线的完整探索和相关能量交换的研究。FFM使得在全部距离范围内以优于1 pN的灵敏度探索针尖-表面相互作用成为可能。FFM代表了AFM控制范式的根本性改变。通过一个惊人简单的装置，可以为AFM针尖提供正确的反作用力，使其在任何时刻保持固定。因此，反作用力等于针尖-样品力。力、力梯度和阻尼同时独立于针尖位置进行测量。这使得可以测量热力学转换中的能量传递。这里我们展示了一些FFM测量完整相互作用力曲线的例子，特别是FFM可以跟踪水桥的成核过程，通过在所有距离上测量毛细吸引力，尽管存在大的毛细吸引力，也不会发生跳触。实时组合测量参数将导致在不同环境中具有化学对比度的新成像模式。