物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (1): 183-197.doi: 10.3866/PKU.WHXB201609282

综述 上一篇    下一篇

qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用

刘梦溪1,李世超1,2,查泽奇1,2,裘晓辉1,*()   

  1. 1 中国科学院纳米标准与检测重点实验室,中国科学院纳米科学卓越创新中心,国家纳米科学中心,北京100190
    2 中国科学院大学,北京100049
  • 收稿日期:2016-07-28 发布日期:2016-12-29
  • 通讯作者: 裘晓辉 E-mail:xhqiu@nanoctr.cn
  • 作者简介:刘梦溪, 2015年毕业于北京大学化学与分子工程学院,师从刘忠范院士和张艳锋研究员,获得理学博士学位。现任职于国家纳米科学中心裘晓辉课题组,助理研究员。主要研究方向为:(1)表面分子组装及在位化学反应研究; (2)表面低维材料的构筑及扫描探针显微学研究;李世超,现为国家纳米科学中心裘晓辉课题组博士研究生。主要研究方向为基于扫描探针技术研究表面分子组装及在位化学反应;查泽奇,现为国家纳米科学中心裘晓辉课题组博士研究生。主要方向为基于扫描探针技术研究分子/原子间弱相互作用;裘晓辉,国家纳米科学中心研究员,博士生导师。2006年入选中国科学院"百人计划", 2009年入选第三世界科学院青年会士, 2014年获得国家杰出青年基金。主要研究领域为:(1)单分子体系的物理化学性质和量子效应研究; (2)纳米结构电学性质的扫描探针测量方法研究; (3)低维材料的光、电性质研究与纳米器件|李世超,现为国家纳米科学中心裘晓辉课题组博士研究生。主要研究方向为基于扫描探针技术研究表面分子组装及在位化学反应|查泽奇,现为国家纳米科学中心裘晓辉课题组博士研究生。主要方向为基于扫描探针技术研究分子/原子间弱相互作用|裘晓辉,国家纳米科学中心研究员,博士生导师。2006年入选中国科学院“百人计划”,2009年入选第三世界科学院青年会士,2014年获得国家杰出青年基金。主要研究领域为:(1)单分子体系的物理化学性质和量子效应研究;(2)纳米结构电学性质的扫描探针测量方法研究;(3)低维材料的光、电性质研究与纳米器件
  • 基金资助:
    科技部(2012CB933001);国家自然科学基金(21425310)

Research Progress and Applications of qPlus Noncontact Atomic Force Microscopy

Meng-Xi LIU1,Shi-Chao LI1,2,Ze-Qi ZHA1,2,Xiao-Hui QIU1,*()   

  1. 1 Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Standardization and Measurement for Nanotechnology, Chinese Academy of Sciences Center for Excellence in Nanoscience, National Center for Nanoscience and Technology, Beijing 100190, P. R. China
    2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P. R. China
  • Received:2016-07-28 Published:2016-12-29
  • Contact: Xiao-Hui QIU E-mail:xhqiu@nanoctr.cn
  • Supported by:
    Ministry of Science and Technology, China(2012CB933001);National Natural Science Foundation of China(21425310)

摘要:

原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力获得样品表面的结构信息。基于qPlus传感器的非接触原子力显微镜(NC-AFM)在传统AFM的基础上进一步提升了空间分辨率,为研究表面物理和化学过程提供了一种新的成像和谱学研究技术。本文首先介绍NC-AFM的基本构造、高分辨成像机制和力谱测量等工作原理,总结了近年来NC-AFM在表面在位化学反应、低维材料表征和表面电荷分布测量等方面的应用,探讨了NC-AFM技术的发展与完善,展望了NC-AFM面临的机遇和挑战。

关键词: 非接触原子力显微技术, qPlus传感器, 高分辨成像, 力谱测量, 开尔文探针力显微技术

Abstract:

Atomic force microscopy (AFM) is used to investigate surface structures by measuring the interaction force between the tip and sample. Non-contact AFM (NC-AFM) that incorporates a qPlus sensor further enhances the spatial resolution of scanning probe microscopy based on traditional AFM principles. In this perspective, we give a brief introduction to the mechanisms of high-resolution imaging and force measurements using NC-AFM. We then summarize recent applications of NC-AFM in the fields of on-surface chemical reactions, low-dimensional materials, surface charge distribution in molecules, as well as technical improvements and developments of NC-AFM technologies. The opportunities and challenges for NC-AFM technologies are also presented.

Key words: Noncontact atomic force microscopy, qPlus sensor, High resolution imaging, Force spectroscopy, Kelvin probe force microscopy

MSC2000: 

  • O647