雙頻共振跟蹤 (DFRT-AFM)

簡(jiǎn)介：

雙頻共振跟蹤 (DFRT) 是一種接觸式原子力顯微鏡 (AFM) 技術(shù)，用于測(cè)量樣品的微弱的電響應(yīng)或機(jī)械響應(yīng)。傳統(tǒng)的共振跟蹤技術(shù)需要依靠鎖相環(huán) (PLL) 來保持相位恒定，但這種方法并不適用于鐵電材料等會(huì)因電疇方向而表現(xiàn)出相位反轉(zhuǎn)的材料。DFRT 的優(yōu)勢(shì)在于可以測(cè)量相位反轉(zhuǎn)，因?yàn)樗皇褂霉舱穹底鳛榉答?/span>。

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應(yīng)用描述測(cè)量策略相關(guān)產(chǎn)品

應(yīng)用描述

與 DFRT 技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用包括：壓電響應(yīng)力顯微鏡 (PFM)、電化學(xué)應(yīng)變顯微鏡（ESM，該顯微鏡對(duì)離子電流引起的應(yīng)變敏感）和掃描熱離子顯微鏡（STIM，該顯微鏡可以測(cè)量由熱振蕩引起的應(yīng)變）。

DFRT 尤其適用于鐵電材料和多鐵性材料的薄膜表征。因?yàn)槠涔舱裨鰪?qiáng)的測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)較弱信號(hào)的測(cè)量，可以使用較低的極化電壓來避免薄膜擊穿。而對(duì)于塊狀材料，常用的方法是在固定低頻下進(jìn)行的鎖相測(cè)量，但接觸共振技術(shù)可以大幅增強(qiáng)對(duì)于機(jī)械或電激發(fā)的納米機(jī)械響應(yīng)。

測(cè)量策略

第一步是在 AFM 針尖與樣品接觸時(shí)，通過對(duì)電或機(jī)械驅(qū)動(dòng)的輸出頻率進(jìn)行掃描，來確定接觸共振 (CR)。這樣就可以在信號(hào)輸出端產(chǎn)生一個(gè)調(diào)幅信號(hào)，由它在 CR 兩側(cè)產(chǎn)生兩個(gè)邊帶幅值 A₁ 和 A₂。

圖中的紅色曲線顯示了差值 A₂ - A₁ 與驅(qū)動(dòng)頻率之間的函數(shù)關(guān)系：它在共振周圍表現(xiàn)出單調(diào)性，具有良好的增益靈敏度，因此可用于反饋。我們用 Zurich Instruments 鎖相放大器內(nèi)置的，且通過 PID Advisor 進(jìn)行優(yōu)化的，PID 控制器來調(diào)節(jié)在頻率 f_c+/-f_m 處測(cè)得的邊帶幅值之差 A₂^' - A₁^'。該幅值差將用作 PID 控制器的誤差信號(hào)，并作用于中心頻率 f_c 上。如果針尖和樣品之間的相互作用導(dǎo)致共振頻率發(fā)生變化，則測(cè)得的幅值差 A₂^' - A₁ 也會(huì)變化，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)頻率發(fā)生偏移，如圖所示。在共振時(shí)，A₁ 和 A₂ 相等，因此所選的設(shè)定值應(yīng)為零。

測(cè)量多鐵材料和用于相關(guān) PFM 模式時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出被引向偏置電壓。當(dāng)信號(hào)輸出到達(dá)與樣品機(jī)械耦合的壓電振動(dòng)器后，我們采用相同的測(cè)量原理，即可觀察到納米機(jī)械響應(yīng)。

相關(guān)產(chǎn)品

相關(guān)產(chǎn)品: HF2LI, HF2LI-MF, HF2LI-PID, HF2LI-MOD, UHFLI, UHF-MF, UHF-MOD, UHF-PID

Zurich Instruments 鎖相放大器的優(yōu)勢(shì)

? 雙峰激勵(lì)、邊帶檢測(cè)和基于幅值差的 PID 反饋都可以通過同一臺(tái) Zurich Instruments 鎖相放大器進(jìn)行操作。

? 可以運(yùn)用 HF2LI 鎖相放大器的兩個(gè)輸入來同時(shí)測(cè)量平面內(nèi)和平面外的分量，以便對(duì)壓電矢量場(chǎng)進(jìn)行完整的研究（幅度、方向和極性）。

? 即使在無法使用 PLL 的情況下，也可以通過共振增強(qiáng)技術(shù)來提高測(cè)量的靈敏度。PID Advisor 可以優(yōu)化任何線性反饋環(huán)。

? Zurich Instruments 提供了兼容任何第三方 AFM 顯微鏡的解決方案，僅添加一臺(tái)儀器：只需要能操作探針偏轉(zhuǎn)信號(hào)（垂直和橫向）和樣品偏置電壓（驅(qū)動(dòng)）即可。

? 所有內(nèi)部信號(hào)通道都可以記錄為多幅圖像，只需將數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 模塊與掃描引擎的行尾 (EOL) 觸發(fā)同步即可。

? 將高次諧波分量與 DFRT 相結(jié)合，可以測(cè)量離子電流（例如 ESM）、熱致應(yīng)變（例如 STIM）或其他諧波相關(guān)現(xiàn)象。

? 跟蹤共振頻率可以減少形貌造成的串?dāng)_，這對(duì)于表面粗糙度較高的樣品尤其重要。