qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用

doi:10.3866/PKU.WHXB201609282

Abstract

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

Meng-Xi LIU,Shi-Chao LI,Ze-Qi ZHA,Xiao-Hui QIU. Research Progress and Applications of qPlus Noncontact Atomic Force Microscopy[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(1), 183-197. doi: 10.3866/PKU.WHXB201609282

References

1	Binnig G. ; Rohrer H. ; Gerber C. ; Weibel E. Phys. Rev. Lett 1982, 49 (1), 57.
2	Binnig G. ; Quate C. F. ; Gerber C. Phys. Rev. Lett 1986, 56 (9), 930.
3	Gross L. ; Mohn F. ; Moll N. ; Liljeroth P. ; Meyer G. Science 2009, 325 (5944), 1110.
4	Albrecht T. ; Grütter P. ; Horne D. ; Rugar D. J. Appl. Phys 1991, 69 (2), 668.
5	Giessibl F. J. Rev. Mod. Phys 2003, 75 (3), 949.
6	Yuan B. K. ; Chen P. C. ; Zhang J. ; Cheng Z. H. ; Qiu X. H. ; Wang C. Acta Phys.-Chim. Sin 2013, 29 (7), 1370.
6	袁秉凯; 陈鹏程; 仉君; 程志海; 裘晓辉; 王琛. 物理化学学报, 2013, 29 (7), 1370.
7	Giessibl F. J. Appl. Phys. Lett 1998, 73 (26), 3956.
8	Babic B. ; Hsu M. T. ; Gray M. B. ; Lu M. ; Herrmann J. Sens. Actuators A Phys 2015, 223, 167.
9	Melcher J. ; Stirling J. ; Shaw G. A. ; Beilstein J. Nanotechnol 2015, 6 (1), 1733.
10	Moll N. ; Gross L. ; Mohn F. ; Curioni A. ; Meyer G. New J.Phys 2010, 12 (12), 125020.
11	Moll N. ; Gross L. ; Mohn F. ; Curioni A. ; Meyer G. New J.Phys 2012, 14 (8), 083023.
12	Gross L. ; Mohn F. ; Moll N. ; Schuler B. ; Criado A. ; Guitián E. ; Pe?a D. ; Gourdon A. ; Meyer G. Science 2012, 337 (6100), 1326.
13	Sweetman A. ; Jarvis S. ; Sang H. ; Lekkas I. ; Rahe P. ; Wang Y. ; Wang J. ; Champness N. ; Kantorovich L. ; MoriartyP. Nat. Commun 2014, 5.
14	Huber F. ; Matencio S. ; Weymouth A. J. ; Ocal C. ; Barrena E. ; Giessibl F. J. Phys. Rev. Lett 2015, 115 (6), 066101.
15	Iwata K. ; Yamazaki S. ; Mutombo P. ; Hapala P. ; Ondracek M. ; Jelínek P. ; Sugimoto Y. Nat. Commun 2015, 6.
16	Jarvis S. P. ; Sweetman A. ; Lekkas I. ; Champness N. R. ; Kantorovich L. ; Moriarty P. J. Phys. Condens. Matter 2014, 27 (5), 054004.
17	Schuler B. ; Meyer G. ; Pena D. ; Mullins O. C. ; Gross L. J. Am. Chem. Soc 2015, 137 (31), 9870.
18	Zhang J. ; Chen P. ; Yuan B. ; Ji W. ; Cheng Z. ; Qiu X. Science 2013, 342 (6158), 611.
19	Kawai S. ; Sadeghi A. ; Xu F. ; Peng L. ; Orita A. ; Otera J. ; Goedecker S. ; Meyer E. ACS Nano 2015, 9 (3), 2574.
20	Hapala P. ; Kichin G. ; Wagner C. ; Tautz F. S. ; Temirov R. ; Jelínek P. Phys. Rev. B 2014, 90 (8), 085421.
21	H?m?l?inen S. K. ; van der Heijden N. ; van der Lit J. ; denHartog S. ; Liljeroth P. ; Swart I. Phys. Rev. Lett 2014, 113 (18), 186102.
22	Emmrich M. ; Huber F. ; Pielmeier F. ; Welker J. ; Hofmann T. ; Schneiderbauer M. ; Meuer D. ; Polesya S. ; Mankovsky S. ; K?dderitzsch D. Science 2015, 348 (6232), 308.
23	Jarvis S. P. Int. J.Mol. Sci 2015, 16 (8), 19936.
24	Guo C. S. ; Xin X. ; van Hove M. A. ; Ren X. ; Zhao Y. J.Phys. Chem. C 2015, 119 (25), 141950.
25	Jarvis S. P. ; Rashid M. A. ; Sweetman A. ; Leaf J. ; Taylor S. ; Moriarty P. ; Dunn J. Phys. Rev. B 2015, 92 (24), 241405.
26	Neu M. ; Moll N. ; Gross L. ; Meyer G. ; Giessibl F. J. ; Repp J. Phys. Rev. B 2014, 89 (20), 205407.
27	Kawai S. ; Haapasilta V. ; Lindner B. ; Tahara K. ; Spijker P. ; Buitendijk J. ; Pawlak R. ; Meier T. ; Tobe Y. ; Foster A. ; Meyer E. Nat. Commun 2016, 7.
28	Guo C. S. ; Van Hove M. A. ; Ren X. ; Zhao Y. J.Phys. Chem. C 2015, 119 (3), 1483.
29	Kim M. ; Chelikowsky J. R. Appl. Phys. Lett 2015, 107 (16), 163109.
30	Tsai H. Z. ; Omrani A. A. ; Coh S. ; Oh H. ; Wickenburg S. ; Son Y.W. ; Wong D. ; Riss A. ; Jung H. S. ; Nguyen G. D. ACS Nano 2015, 9 (12), 12168.
31	Sader J. E. ; Jarvis S. P. Appl. Phys. Lett 2004, 84 (10), 1801.
32	Kuhn S. ; Rahe P. Phys. Rev. B 2014, 89 (23), 235417.
33	Gao D. Z. ; Grenz J. ; Watkins M. B. ; Federici Canova F. ; Schwarz A. ; Wiesendanger R. ; Shluger A. L. ACS Nano 2014, 8 (5), 5339.
34	Sugimoto Y. ; Pou P. ; Abe M. ; Jelinek P. ; Pérez R. ; Morita S. ; Custance O. Nature 2007, 446 (7131), 64.
35	Lantz M. ; Hug H. ; Hoffmann R. ; Van Schendel P. ; Kappenberger P. ; Martin S. ; Baratoff A. ; Güntherodt H. J. Science 2001, 291 (5513), 2580.
36	Kawai S. ; Foster A. S. ; Bj?rkman T. ; Nowakowska S. ; Bj?rk J. ; Canova F. F. ; Gade L. H. ; Jung T. A. ; Meyer E. Nat. Commun 2016, 7.
37	Mohn F. ; Schuler B. ; Gross L. ; Meyer G. Appl. Phys. Lett 2013, 102 (7), 073109.
38	Monig H. ; Hermoso D. R. ; Díaz Arado O. ; Todorovic M. ; Timmer A. ; Schuer S. ; Langewisch G. ; Pérez R. ; Fuchs H. ACS Nano 2016, 10 (1), 1201.
39	Temirov R. ; Soubatch S. ; Neucheva O. ; Lassise A. ; Tautz F. New J.Phys 2008, 10 (5), 053012.
40	Weiss C. ; Wagner C. ; Kleimann C. ; Rohlfing M. ; Tautz F. ; Temirov R. Phys. Rev. Lett 2010, 105 (8), 086103.
41	Eigler D. M. ; Lutz C. ; Rudge W. Nature 1991, 352 (15), 600.
42	Neu B. ; Meyer G. ; Rieder K. H. Mod. Phys. Lett. B 1995, 9 (15), 963.
43	Yazdani A. ; Eigler D. ; Lang N. Science 1996, 272 (5270), 1921.
44	Bartels L. ; Meyer G. ; Rieder K. H. Appl. Phys. Lett 1997, 71 (2), 213.
45	Lee H. ; Ho W. Science 1999, 286 (5445), 1719.
46	Schneiderbauer M. ; Emmrich M. ; Weymouth A. J. ; Giessibl F. J. Phys. Rev. Lett 2014, 112 (16), 166102.
47	Sang H. ; Jarvis S. P. ; Zhou Z. ; Sharp P. ; Moriarty P. ; Wang J. ; Wang Y. ; Kantorovich L. Sci. Rep 2014, 4.
48	Repp J. ; Meyer G. ; Stojkovi? S. M. ; Gourdon A. ; Joachim C. Phys. Rev. Lett 2005, 94 (2), 026803.
49	Gross L. ; Moll N. ; Mohn F. ; Curioni A. ; Meyer G. ; Hanke F. ; Persson M. Phys. Rev. Lett 2011, 107 (8), 086101.
50	Sun Z. ; Boneschanscher M. P. ; Swart I. ; Vanmaekelbergh D. ; Liljeroth P. Phys. Rev. Lett 2011, 106 (4), 046104.
51	Boneschanscher M. P. ; van der Lit J. ; Sun Z. ; Swart I. ; Liljeroth P. ; Vanmaekelbergh D. l. ACS Nano 2012, 6 (11), 10216.
52	Ruffieux P. ; Wang S. ; Yang B. ; Sánchez-Sánchez C. ; Liu J. ; Dienel T. ; Talirz L. ; Shinde P. ; Pignedoli C. A. ; Passerone D. ; Dumslaff T. ; Feng X. ; Müllen K. ; Fasel R. Nature 2016, 531 (7595), 489.
53	Kawai S. ; Saito S. ; Osumi S. ; Yamaguchi S. ; Foster A. S. ; Spijker P. ; Meyer E. Nat. Commun 2015, 6.
54	Dienel T. ; Kawai S. ; Sode H. ; Feng X. ; Mullen K. ; Ruffieux P. ; Fasel R. ; Groning O. Nano Lett 2015, 15 (8), 5185.
55	Shiotari A. ; Liu B. H. ; Jaekel S. ; Grill L. ; Shaikhutdinov S. ; Freund H. J. ; Wolf M. ; Kumagai T. J.Phys. Chem. C 2014, 118 (47), 27428.
56	Lichtenstein L. ; Heyde M. ; Freund H. J. J.Phys. Chem. C 2012, 116 (38), 20426.
57	de Oteyza Dimas. G. ; Gorman P. ; Chen Y. C. ; Wickenburg S. ; Rise A. ; Mowbray D. J. ; Etkin G. ; Pedramrazi Z. ; Tsai H. Z. ; Rubio A. ; Crommie M. F. ; Fischer F. R. Science 2013, 340 (6139), 1434.
58	Riss A. ; Wickenburg S. ; Gorman P. ; Tan L. Z. ; Tsai H. Z. ; de Oteyza D. G. ; Chen Y. C. ; Bradley A. J. ; Ugeda M. M. ; Etkin G. Nano Lett 2014, 14 (5), 2251.
59	Pavlicek N. ; Schuler B. ; Collazos S. ; Moll N. ; Pérez D. ; Guitián E. ; Meyer G. ; Pe?a D. ; Gross L. Nat. Chem 2015, 7 (8), 623.
60	Riss A. ; Paz A. P. ; Wickenburg S. ; Tsai H. Z. ; de Oteyza D.G. ; Bradley A. J. ; Ugeda M. M. ; Gorman P. ; Jung H. S. ; Crommie M. F. Nat. Chem 2016, 8, 678.
61	Majzik Z. ; Cuenca A. B. ; Pavlicek N. ; Miralles N. R. ; Meyer G. ; Gross L. ; Fernandez E. ACS Nano 2016, 10 (5), 5340.
62	Albers B. J. ; Schwendemann T. C. ; Baykara M. Z. ; Pilet N. ; Liebmann M. ; Altman E. I. ; Schwarz U. D. Nat. Nanotechnol 2009, 4 (5), 307.
63	Albrecht F. ; Pavlicek N. ; Herranz-Lancho C. ; Ruben M. ; Repp J. J.Am. Chem. Soc 2015, 137 (23), 7424.
64	Moreno C. ; Stetsovych O. ; Shimizu T. K. ; Custance O. Nano Lett 2015, 15 (4), 2257.
65	Altman E. I. ; Baykara M. Z. ; Schwarz U. D. Acc. Chem. Res 2015, 48 (9), 2640.
66	Mohn F. ; Gross L. ; Moll N. ; Meyer G. Nat. Nanotechnol 2012, 7 (4), 227.
67	Steurer W. ; Repp J. ; Gross L. ; Scivetti I. ; Persson M. ; Meyer G. Phys. Rev. Lett 2015, 114 (3), 036801.
68	Schuler B. ; Liu S. X. ; Geng Y. ; Decurtins S. ; Meyer G. ; Gross L. Nano Lett 2014, 14 (6), 3342.
69	Corso M. ; Ondracek M. ; Lotze C. ; Hapala P. ; Franke K. J. ; Jelínek P. ; Pascual J. I. Phys. Rev. Lett 2015, 115 (13), 136101.
70	Moll N. ; Schuler B. ; Kawai S. ; Xu F. ; Peng L. ; Orita A. ; Otera J. ; Curioni A. ; Neu M. ; Repp J. Nano Lett 2014, 14 (11), 6127.
71	Albrecht F. ; Repp J. ; Fleischmann M. ; Scheer M. ; Ondracek M. ; Jelínek P. Phys. Rev. Lett 2015, 115 (7), 076101.
72	Albrecht F. ; Fleischmann M. ; Scheer M. ; Gross L. ; Repp J. Phys. Rev. B 2015, 92 (23), 235443.
73	Gross L. ; Mohn F. ; Liljeroth P. ; Repp J. ; Giessibl F. J. ; Meyer G. Science 2009, 324 (5933), 1428.
74	González L. ; Oria R. ; Botaya L. ; Puig-Vidal M. ; Otero J. Nanotechnology 2015, 26 (5), 055501.
75	Churnside A. B. ; Perkins T. T. FEBS Lett 2014, 588 (19), 3621.
76	Pielmeier F. ; Meuer D. ; Schmid D. ; Strunk C. ; Giessibl F. J. Beilstein J.Nanotechnol 2014, 5 (1), 407.
77	Falter J. ; Stiefermann M. ; Langewisch G. ; Schurig P. ; H?lscher H. ; Fuchs H. ; Schirmeisen A. Beilstein J.Nanotechnol 2014, 5 (1), 507.
78	Schwarz A. ; K?hler A. ; Grenz J. ; Wiesendanger R. Appl. Phys. Lett 2014, 105 (1), 011606.
79	Melcher J. ; Stirling J. ; Cervantes F. G. ; Pratt J. R. ; Shaw G. A. Appl. Phys. Lett 2014, 105 (23), 233109.
80	Meza J. M. ; Polesel-Maris J. ; Lubin C. ; Thoyer F. ; Makky A. ; Ouerghi A. ; Cousty J. Curr. Appl. Phys 2015, 15 (9), 1015.
81	Li R. ; Ye H. ; Zhang W. ; Ma G. ; Su Y. Sci. Rep 2015, 5.
82	Labidi H. ; Kupsta M. ; Huff T. ; Salomons M. ; Vick D. ; Taucer M. ; Pitters J. ; Wolkow R. A. Ultramicroscopy 2015, 158, 33.

[1]	Xiao-Ning ZHANG,Hong-Mei HU. Investigation of Interfaces of Ionic Liquid via Kelvin Probe Force Microscopy at Room Temperature [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2016, 32(7): 1722-1726.
[2]	YUAN Bing-Kai, CHEN Peng-Cheng, ZHANG Jun, CHENG Zhi-Hai, WANG Chen, QIU Xiao-Hui. Research Progress in Atomic Resolution Microscopy [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2013, 29(07): 1370-1384.
[3]	RAN Ke, CHEN Qing, ZUO Jian-Min. Fabrication and Structure Characterization of Quasi-2-Dimensional Amorphous Carbon Structures [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2012, 28(07): 1551-1555.
[4]	SHEN Xin-Chun, WANG Wen-Qing, GONG Yan, ZHANG Yan. Dynamical Spin Chirality and Magnetoelectric Effect of α-Glycine [J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2008, 24(12): 2153-2158.

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