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静电力显微镜

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静电力显微镜英语Electrostatic Force Microscopy,简称EFM)是一种利用测量探针与样品的静电相互作用,来表征样品表面静电势能,电荷分布以及电荷输运的扫描探针显微镜

工作原理[编辑]

静电力显微镜的工作原理

静电力显微镜的工作原理与原子力显微镜类似。关键部分都是由悬臂梁组成的探针。但与原子力显微镜测量探针与样品的范德华力不同,静电力显微镜通过测量两者的库仑相互作用来实现样品成像。工作时,探针与样品之间被加上工作电压,悬臂梁探针受静电力的作用,在样品表面震荡,但不接触样品表面。范德华力随着原子间距离 r 1/r^6衰减,因而原子力显微镜必须保证探针与样品表面几乎接触。相比之下,随 1/r^2 衰减的库仑力较为长程,通常探针与样品表面的工作距离为100纳米。假设样品与探针之间的电压为\Delta V,等效电容为C,那么系统的总能量为: U =-  \frac{1}{2} C \Delta V^2

 z 来代表样品表面的法线方向,则探针所受的静电力可以表示为:

F_{electrostatic} = \frac{1}{2} \frac{\partial C}{\partial z} \Delta V^2

与原子力显微镜相同,静电力显微镜也可以在液体环境中工作。

缺点[编辑]

在实际操作中,由于探针与样品之间既有范德华力,又有库仑力。即使选用较大的工作距离,有时仍不能完全忽略原子力存在。目前通常的解决方法是将探针与样品之间的直流电压改为交流信号。最后,在处理信号时,只处理相关频率的交流信号,就可以将范德华力的影响排除在外。

参见[编辑]

参考文献[编辑]