JPH11142105A - Friction force probe microscope and identifying method of atomic species and material by using friction force probe microscope - Google Patents
Friction force probe microscope and identifying method of atomic species and material by using friction force probe microscopeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、試料と探針間に働
く摩擦力を測定するために、カンチレバーに具備した磁
性体を磁場制御機構でコントロールし、かつカンチレバ
ーの長手方向に対して垂直方向の撓み変位量をフィード
バック制御することによりカンチレバーの撓みを一定に
保つフリクション・フォース・プローブ顕微鏡に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field control mechanism for controlling a magnetic material provided in a cantilever in order to measure a frictional force acting between a sample and a probe, and to measure the frictional force perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever. Field of the Invention The present invention relates to a friction force probe microscope that maintains the bending of a cantilever constant by feedback-controlling the amount of bending displacement of the probe.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、固体表面を原子オーダーの分解能
で観察できる装置として原子間力顕微鏡(AFM)が開
発されている。以下、図1を参照しながらAFM及びA
FMを使った観察方法を説明する。AFMでは、微小な
力(ファンデアワールス力、磁気力、クーロン力、原子
間力等)を検出するために、探針10を有する長さ10
0μm程度のカンチレバー5が用いられる。試料4を探
針10に近づけると、探針10と試料4との間に働く原
子間力によってカンチレバー5が試料4に引き寄せられ
る方向に撓みが生じる。さらに試料4を探針10に近づ
けるとカンチレバー5が急激に大きく撓み、ジャンプし
て探針10と試料4が接触する。2. Description of the Related Art In recent years, an atomic force microscope (AFM) has been developed as a device capable of observing a solid surface with an atomic order resolution. Hereinafter, AFM and A will be described with reference to FIG.
An observation method using FM will be described. In the AFM, in order to detect a small force (Van der Waals force, magnetic force, Coulomb force, atomic force, etc.), a length 10 having a probe 10 is used.
A cantilever 5 of about 0 μm is used. When the sample 4 is brought closer to the probe 10, bending occurs in a direction in which the cantilever 5 is drawn toward the sample 4 by an atomic force acting between the probe 10 and the sample 4. Further, when the sample 4 is brought closer to the probe 10, the cantilever 5 bends sharply greatly, jumps, and the probe 10 comes into contact with the sample 4.
【0003】その後、更に試料4を接触すると先程と逆
方向にカンチレバー5が撓む。この撓み量を一定に保つ
ように、制御信号発生回路8を通して圧電体駆動装置9
によりZ方向の圧電体3を制御しながら試料4の表面に
沿って走査する。走査は圧電体駆動装置9と、X、Y方
向の圧電体1、2とによって行われる。フィードバック
における制御量が試料4の表面の凹凸に相当し、この制
御量をコンピュータ11等によって画像化すれば、AF
M像を得ることができる。カンチレバー5の撓み量は変
位測定部である2分割フォトダイオード7によって測定
される。変位測定部には、通常は光てこ、レーザー干
渉、トンネル電流等の方式が用いられる。AFMの分解
能は探針10の先端曲率半径と先端角とに依存し、これ
らが小さいほど分解能は向上する。Thereafter, when the sample 4 is further contacted, the cantilever 5 bends in a direction opposite to the previous direction. The piezoelectric driving device 9 is controlled through the control signal generating circuit 8 so as to keep the amount of bending constant.
Scans along the surface of the sample 4 while controlling the piezoelectric body 3 in the Z direction. The scanning is performed by the piezoelectric body driving device 9 and the piezoelectric bodies 1 and 2 in the X and Y directions. The control amount in the feedback corresponds to the unevenness of the surface of the sample 4, and if this control amount is imaged by the computer 11 or the like, AF
An M image can be obtained. The amount of deflection of the cantilever 5 is measured by a two-division photodiode 7 which is a displacement measuring unit. For the displacement measurement unit, a method such as optical lever, laser interference, or tunnel current is usually used. The resolution of the AFM depends on the tip radius of curvature and the tip angle of the probe 10, and the smaller these are, the better the resolution is.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】試料又は探針を走査中
に、探針と試料との間に働く原子間力、吸着力、弾性
力、粘性力、クーロン力あるいはファンデアワールス力
等によって摩擦力が働き、カンチレバーが長手方向に対
して垂直方向に撓み、さらに摩擦係数の大きな試料直上
ではカンチレバーが急激に大きく撓む。このため探針と
試料との間の摩擦力制御が不可能であるという課題があ
った。また剪断応力の絶対値を測定することも不可能で
あり、さらには材料の種類によって探針−試料間の接触
面積が変わるという問題もあった。During scanning of a sample or a probe, friction is caused by an atomic force, an adsorption force, an elastic force, a viscous force, a Coulomb force or a van der Waals force acting between the probe and the sample. The force acts, the cantilever flexes in the direction perpendicular to the longitudinal direction, and the cantilever flexes sharply immediately above the sample having a large friction coefficient. For this reason, there was a problem that it was impossible to control the frictional force between the probe and the sample. Further, it was impossible to measure the absolute value of the shear stress, and there was a problem that the contact area between the probe and the sample was changed depending on the type of the material.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明のフリクション・フォース・プローブ顕微鏡
は、磁性体を有する探針付きカンチレバーと、試料の位
置を制御するための円筒型位置制御機構と、ファンデア
ワールス力、磁気力、クーロン力、原子間力等によるカ
ンチレバーの撓み量を計測するための微小変位計測機構
と、カンチレバーの横方向の撓みを任意に制御するため
の磁場制御機構とを有し、探針又は試料を走査中に、カ
ンチレバーの長手方向に対して垂直方向の撓みを磁場制
御機構から発生する外部磁場でフィードバック制御する
ことにより長手方向に対して垂直方向に働く力を磁場で
検出することができる。To solve this problem, a friction force probe microscope according to the present invention comprises a cantilever with a probe having a magnetic material and a cylindrical position control mechanism for controlling the position of a sample. And a minute displacement measurement mechanism for measuring the amount of deflection of the cantilever due to Van der Waals force, magnetic force, Coulomb force, atomic force, etc., and a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling the lateral deflection of the cantilever. During scanning of the probe or the sample, the force acting in the direction perpendicular to the longitudinal direction is controlled by feedback control of the deflection in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever with an external magnetic field generated from the magnetic field control mechanism. It can be detected by a magnetic field.
【0006】また、磁場制御機構から発生する交流外部
磁場でカンチレバーを長手方向に対して垂直方向に振動
させ、カンチレバーの振動減衰の度合いを測定し、試料
の横方向の硬さを画像化することで、第2の情報を得る
ことができる。In addition, the cantilever is vibrated in a direction perpendicular to the longitudinal direction by an AC external magnetic field generated by a magnetic field control mechanism, the degree of vibration damping of the cantilever is measured, and the lateral hardness of the sample is imaged. Thus, the second information can be obtained.
【0007】また、磁場の発生に要する電圧または電流
を磁場制御機構に直接フィードバック制御することによ
り長手方向に対して垂直方向に常にカンチレバーの長手
方向に対して垂直方向振動の大きさが一定になるように
することにより剪断応力を測定することができる。In addition, by directly feedback-controlling the voltage or current required for generating the magnetic field to the magnetic field control mechanism, the magnitude of the vibration in the direction perpendicular to the longitudinal direction is always constant in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever. By doing so, the shear stress can be measured.
【0008】さらに、カンチレバーを機械的に共振周波
数で制御しながら、試料表面を走査中にカンチレバーに
発生する長手方向に対して垂直方向の撓みを零にするよ
うに磁場フィードバック制御することによりS/Nの高
いクリアーな像を得ることができる。Further, while mechanically controlling the cantilever at the resonance frequency, the magnetic field feedback control is performed by performing magnetic field feedback control so that the bending in the direction perpendicular to the longitudinal direction generated in the cantilever during scanning of the sample surface is made zero. A clear image with a high N can be obtained.
【0009】本発明においては磁場制御機構がコイルで
あり、また磁場制御機構を円筒型位置制御機構内に設置
する時には試料、試料台及び磁場発生機構と接触させな
い方が望ましい。In the present invention, the magnetic field control mechanism is a coil, and when the magnetic field control mechanism is installed in the cylindrical position control mechanism, it is desirable that the magnetic field control mechanism does not come into contact with the sample, the sample stage, and the magnetic field generation mechanism.
【0010】さらに、カンチレバーの長手方向に対して
垂直方向に静磁場を発生する装置を設置しておけばその
静磁場によってカンチレバーが有する強磁性体、軟磁性
体が磁極をカンチレバーの横方向にそろえることがで
き、磁場制御機構の磁場でカンチレバーに力を供給しや
すくすることができる。Further, if a device for generating a static magnetic field in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever is provided, the ferromagnetic material and the soft magnetic material of the cantilever align the magnetic poles in the lateral direction of the cantilever by the static magnetic field. Therefore, it is possible to easily supply a force to the cantilever with the magnetic field of the magnetic field control mechanism.
【0011】また、磁性体をカンチレバーに蒸着しなが
ら静磁場を横方向から印加することにより磁極を横方向
に向けた磁性体付きカンチレバーを作製することができ
る。この場合に、カンチレバーが圧電体、圧電性薄膜、
キャパシタンスセンサーあるいはピエゾ抵抗のいずれか
で構成されていると、装置をより小さくすることができ
る。In addition, by applying a static magnetic field from the lateral direction while depositing the magnetic substance on the cantilever, a cantilever with a magnetic substance with the magnetic pole directed in the lateral direction can be manufactured. In this case, the cantilever is a piezoelectric body, a piezoelectric thin film,
The device can be made smaller if it is composed of either a capacitance sensor or a piezoresistor.
【0012】また、カンチレバー先端に具備された探針
が電位制御可能で、かつ電流を流すことができる導電性
探針であるならば、接触面積に依存させた接触電流を流
すことができる。Further, if the probe provided at the tip of the cantilever is a conductive probe capable of controlling the potential and allowing a current to flow, a contact current depending on the contact area can be passed.
【0013】本発明は、磁場を用いてカンチレバーの長
手方向に対して垂直方向の撓み量を任意に制御できるア
クティブカンチレバーを有するAFM/STM(走査ト
ンネル顕微鏡)であるため、1個の原子からナノメート
ルオーダー・マイクロメートルオーダーに関する摩擦力
・剪断応力までを測定でき、これらの多くの情報により
原子種や材料の同定ができる。The present invention is an AFM / STM (scanning tunneling microscope) having an active cantilever that can arbitrarily control the amount of deflection in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever using a magnetic field. It can measure frictional and shearing stresses on the order of meters and micrometers, and can identify atomic species and materials based on a great deal of this information.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】図2は、本発明のフリクション・
フォース・プローブ顕微鏡の一実施の形態を示す概略図
である。試料4は、X、Y、Zの3方向の圧電体1、
2、3で形成された円筒型の微動機構上に設置され、円
筒型の微動機構内に磁場制御機構12である鉄心コア付
きコイルを試料4や円筒型微動機構と接触しない範囲で
設置する。試料4の水平面内の走査は、圧電体駆動装置
9によって発生した電圧をX、Y方向の圧電体1、2に
印加することにより行う。出力5mWの半導体レーザー
6及び2分割フォトダイオード7は、カンチレバー5に
レーザー光を照射し、その反射光を検出するためのもの
であり光てこを構成している。そして、この光てこによ
ってカンチレバー5の変位(撓み)を測定し、カンチレ
バー5のバネ定数から換算される力を検出することによ
り、試料4と探針10との間に働く力を検出することが
できる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a force probe microscope. The sample 4 includes the piezoelectric body 1 in three directions of X, Y and Z,
The coil with the iron core, which is the magnetic field control mechanism 12, is installed on the cylindrical fine movement mechanism formed by the steps 2 and 3, and is installed in a range that does not come into contact with the sample 4 or the cylindrical fine movement mechanism. The scanning of the sample 4 in the horizontal plane is performed by applying a voltage generated by the piezoelectric body driving device 9 to the piezoelectric bodies 1 and 2 in the X and Y directions. The semiconductor laser 6 having an output of 5 mW and the two-division photodiode 7 irradiate the cantilever 5 with laser light and detect reflected light thereof, and constitute an optical lever. Then, the displacement (deflection) of the cantilever 5 is measured by the optical lever, and the force converted from the spring constant of the cantilever 5 is detected, whereby the force acting between the sample 4 and the probe 10 can be detected. it can.
【0015】カンチレバー5はチタンからなる導電性で
あり厚さ600nm、長さ200μm、幅500μmの
三角形状のもので、背面先端に磁性薄膜が厚さ1μm、
一辺10μmでスパッタリング法により静磁場を供給し
ながら蒸着されている。なお、この薄膜カンチレバー5
の探針10の反対側は固定端14で固定されている。ま
た、磁性薄膜を用いず鉄やサマリウムコバルト等のバル
ク材料でも磁性体カンチレバーを作製することができ
る。この場合は、測定前に静磁場で長手方向に対して垂
直方向に磁極をそろえる必要がある。あるいは測定(走
査)中に静磁場をかけながら行っても良い。The cantilever 5 is made of titanium and has a triangular shape having a thickness of 600 nm, a length of 200 μm, and a width of 500 μm.
Vapor deposition is performed at a side of 10 μm while supplying a static magnetic field by a sputtering method. In addition, this thin film cantilever 5
The other side of the probe 10 is fixed at a fixed end 14. Also, a magnetic cantilever can be manufactured using a bulk material such as iron or samarium cobalt without using a magnetic thin film. In this case, it is necessary to align magnetic poles in a direction perpendicular to the longitudinal direction with a static magnetic field before measurement. Alternatively, the measurement may be performed while applying a static magnetic field during measurement (scanning).
【0016】試料4は導電性試料台15に固定される。
電圧発生装置16からの電圧印加により探針10と試料
4に流れる接触電流は電流測定装置17により検出され
る。なお、図2で13は半導体レーザー6から出射され
るレーザー光をカンチレバー5の上に集光するためのレ
ンズである。The sample 4 is fixed on a conductive sample stage 15.
The contact current flowing between the probe 10 and the sample 4 by applying a voltage from the voltage generator 16 is detected by the current measuring device 17. In FIG. 2, reference numeral 13 denotes a lens for condensing the laser light emitted from the semiconductor laser 6 on the cantilever 5.
【0017】試料4とカンチレバー5との距離の減少
は、圧電体駆動装置9を用い、制御電圧をZ方向の圧電
体3に印加することによって行う。探針と試料の接触
後、試料を走査し画像化を行うが、その際にカンチレバ
ーの探針と試料にある大きな摩擦力が働いたときカンチ
レバーが長手方向に対して垂直方向に大きく撓む(図3
(a)、(b)参照)。そのため磁場制御機構12に電
流を流すことにより磁場を発生させて探針のねじれを元
に戻すことによりカンチレバーのねじれを零に戻す(図
3(c)、(d)参照)。その時の磁場を発生させるた
めに要した電流をモニターすることにより磁力を用いた
摩擦力の画像化を行うことができる。The distance between the sample 4 and the cantilever 5 is reduced by applying a control voltage to the piezoelectric body 3 in the Z direction using the piezoelectric body driving device 9. After the contact between the probe and the sample, the sample is scanned and imaged. When a large frictional force is applied to the probe of the cantilever and the sample at that time, the cantilever is largely bent in a direction perpendicular to the longitudinal direction ( FIG.
(See (a) and (b)). Therefore, a current is applied to the magnetic field control mechanism 12 to generate a magnetic field, and the torsion of the probe is returned to its original state, thereby returning the torsion of the cantilever to zero (see FIGS. 3C and 3D). By monitoring the current required to generate the magnetic field at that time, it is possible to image the frictional force using the magnetic force.
【0018】次に、微動機構をY軸方向に動かし次のデ
ータを修得する。さらに試料の摩擦係数の大きな材料が
存在するとカンチレバーの撓みを零にするようにフィ−
ドバックをかけて撓みを元に戻す。この動作を繰り返す
ことにより、各点での試料と探針の摩擦力を観測するこ
とができる。また同時に探針10と試料4間に1Vの電
圧差を保ち、試料4の各点での接触電流像をマッピング
することもできる。これは、材料の違いによる導電性を
確かめたり、同質の材料の場合の接触面積の違いを得る
ことができる。また、試料を円弧回転させることができ
るために、試料4のあらゆる方向の特性を観測すること
ができる。また、発生する交流外部磁場でカンチレバー
を長手方向に対して垂直方向に振動させながら走査する
ことにより、カンチレバーの振動の減衰の度合いが材料
によって違うことを利用して材料を同定することができ
る。またさらにその振動の減衰を磁場制御機構にフィー
ドバックさせることにより磁場から材料の剪断応力を決
定することができる(図4参照)。Next, the fine movement mechanism is moved in the Y-axis direction to acquire the next data. Furthermore, if a material having a large coefficient of friction of the sample is present, the filter is set so that the bending of the cantilever becomes zero.
Apply deflection to undo the deflection. By repeating this operation, the frictional force between the sample and the probe at each point can be observed. At the same time, a voltage difference of 1 V is maintained between the probe 10 and the sample 4, and a contact current image at each point of the sample 4 can be mapped. This makes it possible to confirm the conductivity due to the difference in the material and obtain the difference in the contact area in the case of the same material. Further, since the sample can be rotated in an arc, the characteristics of the sample 4 in all directions can be observed. Further, by scanning while causing the cantilever to vibrate in a direction perpendicular to the longitudinal direction with the generated AC external magnetic field, the material can be identified by utilizing the fact that the degree of attenuation of the vibration of the cantilever differs depending on the material. Further, by feeding back the attenuation of the vibration to the magnetic field control mechanism, the shear stress of the material can be determined from the magnetic field (see FIG. 4).
【0019】またカンチレバーの長手方向に対して垂直
方向に静磁場発生装置20であるサマリウムコバルトの
永久磁石を設置した図5を示す。この静磁場でカンチレ
バーに有されたNi(ニッケル)磁性体薄膜18の磁極
をそろえることにより磁場制御機構から発生する10ガ
ウス磁場でカンチレバーを30nm振動させることがで
きる。FIG. 5 shows that a permanent magnet of samarium-cobalt as a static magnetic field generator 20 is installed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever. By aligning the magnetic poles of the Ni (nickel) magnetic thin film 18 included in the cantilever with this static magnetic field, the cantilever can be oscillated by 30 nm with a 10 Gauss magnetic field generated by the magnetic field control mechanism.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明のフリクション・フォース・プロ
ーブ顕微鏡によれば、磁場を用いてカンチレバーの横方
向の撓み量を任意に制御できるアクティブカンチレバー
を有するAFM/STMであるため、1個の原子やナノ
メートルオーダーからマイクロメートルオーダーに関す
る摩擦力・剪断応力を測定でき、これらの多くの情報に
より原子種や材料の同定ができる。According to the friction force probe microscope of the present invention, since it is an AFM / STM having an active cantilever capable of arbitrarily controlling the amount of lateral deflection of the cantilever using a magnetic field, one atom or one atom can be obtained. Friction and shear stress in the order of nanometer to micrometer can be measured, and many kinds of information can be used to identify atomic species and materials.
【図1】従来の原子間力顕微鏡を説明する概略図FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a conventional atomic force microscope.
【図2】本発明の一実施の形態のフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡を説明する概略図FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a friction force probe microscope according to one embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施の形態のフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡を説明する概略図FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a friction force probe microscope according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施の形態のフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡を用いてカンチレバーを長手方向に
対して垂直方向に振動させた状態を示す図FIG. 4 is a diagram showing a state in which a cantilever is vibrated in a direction perpendicular to a longitudinal direction using a friction force probe microscope according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施の形態のフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡に用いるカンチレバー先端に具備さ
れた磁性体が長手方向に対して垂直方向に磁極がそろえ
られた状態を示す図FIG. 5 is a diagram showing a state in which magnetic poles provided on a tip of a cantilever used in a friction force probe microscope according to an embodiment of the present invention are aligned in a direction perpendicular to a longitudinal direction.
1 X方向の圧電体 2 Y方向の圧電体 3 Z方向の圧電体 4 試料 5 カンチレバー 6 半導体レーザー 7 2分割フォトダイオード 8 制御信号発生回路 9 圧電体駆動装置 10 探針 11 コンピュータ 12 磁場制御機構 13 レンズ 14 固定端 15 導電性試料台 16 電圧発生装置 17 電流測定装置 18 磁性体薄膜 19 磁極の向き 20 静磁場発生装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric body of X direction 2 Piezoelectric body of Y direction 3 Piezoelectric body of Z direction 4 Sample 5 Cantilever 6 Semiconductor laser 7 Two-segment photodiode 8 Control signal generation circuit 9 Piezoelectric body driving device 10 Probe 11 Computer 12 Magnetic field control mechanism 13 Lens 14 Fixed end 15 Conductive sample stage 16 Voltage generator 17 Current measuring device 18 Magnetic thin film 19 Magnetic pole direction 20 Static magnetic field generator
Claims (12)
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの撓みまたは試料−探
針間の距離を任意に制御するための磁場制御機構とを有
し、前記カンチレバー先端に具備された前記磁性体が長
手方向に対して垂直方向に磁極がそろえられていること
を特徴とするフリクション・フォース・プローブ顕微
鏡。1. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring a bending amount of the cantilever, and a bending of the cantilever. Or a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling the distance between the sample and the probe, wherein the magnetic poles provided at the tip of the cantilever are aligned in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Features a friction force probe microscope.
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの撓みまたは試料−探
針間の距離を任意に制御するための磁場制御機構とを有
し、前記カンチレバー先端に前記磁性体を具備する時
に、静磁場を長手方向に対して垂直方向に印加しながら
磁極をそろえたことを特徴とするフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡。2. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring a bending amount of the cantilever, and a bending of the cantilever. Or a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling the distance between the sample and the probe, and when the magnetic substance is provided at the tip of the cantilever, the magnetic pole is applied while applying a static magnetic field in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Friction Force Probe Microscope
探針が電位制御可能で、かつ電流を流すことができる導
電性探針であることを特徴とする請求項1または請求項
2に記載のフリクション・フォース・プローブ顕微鏡。3. The friction according to claim 1, wherein the probe provided at the tip of the cantilever is a conductive probe capable of controlling a potential and allowing a current to flow.・ Force probe microscope.
特徴とする請求項1、2、3のいずれかに記載のフリク
ション・フォース・プローブ顕微鏡。4. The friction force probe microscope according to claim 1, wherein the magnetic field control mechanism includes a coil.
機構内に設置される際に、試料、試料台、前記円筒型位
置制御機構のいずれとも直接接触していないことを特徴
とする請求項1、2、3、4のいずれかに記載のフリク
ション・フォース・プローブ顕微鏡。5. When the magnetic field control mechanism is installed in the cylindrical position control mechanism, the magnetic field control mechanism is not in direct contact with any of a sample, a sample stage, and the cylindrical position control mechanism. The friction force probe microscope according to any one of 1, 2, 3, and 4.
膜、キャパシタンスセンサーあるいはピエゾ抵抗から選
ばれるものを含んで構成されていることを特徴とする請
求項1、2、3、4、5のいずれかに記載のフリクショ
ン・フォース・プローブ顕微鏡。6. The method according to claim 1, wherein the cantilever includes one selected from a piezoelectric body, a piezoelectric thin film, a capacitance sensor, and a piezoresistor. The friction force probe microscope according to 1.
直方向に設置したことを特徴とする請求項1、2、3、
4、5、6のいずれかに記載のフリクション・フォース
・プローブ顕微鏡。7. The apparatus according to claim 1, wherein a static magnetic field generator is installed in a direction perpendicular to said cantilever.
The friction force probe microscope according to any one of 4, 5, and 6.
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの撓みまたは試料−探
針間の距離を任意に制御するための磁場制御機構とを有
するフリクション・フォース・プローブ顕微鏡を用い、
前記探針又は前記試料を走査中に、前記カンチレバーの
長手方向に対して垂直方向の撓みを前記磁場制御機構か
ら発生する外部磁場でフィードバック制御することによ
り垂直方向に働く力を磁場で検出することを特徴とする
フリクション・フォース・プローブ顕微鏡を用いた原子
種や材料の同定方法。8. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring an amount of bending of the cantilever, and bending of the cantilever. Or using a friction force probe microscope having a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling the distance between the sample and the probe,
While scanning the probe or the sample, detecting a force acting in a vertical direction by a magnetic field by performing a feedback control of a deflection in a direction perpendicular to a longitudinal direction of the cantilever with an external magnetic field generated from the magnetic field control mechanism. A method for identifying atomic species and materials using a friction force probe microscope.
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの長手方向に対して垂
直の撓みを制御するための磁場制御機構とを有するフリ
クション・フォース・プローブ顕微鏡を用い、前記磁場
制御機構から発生する交流外部磁場で前記カンチレバー
を長手方向に対して垂直方向に振動させ、前記カンチレ
バーの減衰の度合いを測定することを特徴とするフリク
ション・フォース・プローブ顕微鏡を用いた原子種や材
料の同定方法。9. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring an amount of bending of the cantilever, and a length of the cantilever. Using a friction force probe microscope having a magnetic field control mechanism for controlling deflection perpendicular to the direction, the cantilever is oscillated in a direction perpendicular to the longitudinal direction by an AC external magnetic field generated from the magnetic field control mechanism. And measuring the degree of attenuation of the cantilever by using a friction force probe microscope.
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの撓みまたは試料−探
針間の距離を任意に制御するための磁場制御機構とを有
するフリクション・フォース・プローブ顕微鏡を用い、
前記探針又は前記試料を走査中に、前記磁場制御機構を
用いて前記カンチレバーを垂直方向に振動させ、磁場の
発生に要する電圧または電流を前記磁場制御機構に直接
フィードバック制御することにより横方向に常に前記カ
ンチレバーの長手方向に対して垂直方向の振動の大きさ
が一定になるようにすることにより剪断応力を測定する
ことを特徴とするフリクション・フォース・プローブ顕
微鏡を用いた原子種や材料の同定方法。10. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring an amount of bending of the cantilever, and bending of the cantilever. Or using a friction force probe microscope having a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling the distance between the sample and the probe,
During the scanning of the probe or the sample, the cantilever is vertically oscillated using the magnetic field control mechanism, and the voltage or current required for generating a magnetic field is controlled by the feedback control directly to the magnetic field control mechanism in the lateral direction. Identification of atomic species and materials using a friction force probe microscope, characterized in that the magnitude of vibration in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the cantilever is always kept constant to measure shear stress. Method.
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの撓みを任意に制御す
るための磁場制御機構とを有するフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡を用い、前記カンチレバーを機械的
に共振周波数で制御しながら前記試料表面を走査中に、
前記カンチレバーに発生する長手方向に対して垂直方向
の撓みを零にするように磁場フィードバック制御するこ
とを特徴とするフリクション・フォース・プローブ顕微
鏡を用いた原子種や材料の同定方法。11. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring an amount of bending of the cantilever, and bending of the cantilever. Using a friction force probe microscope having a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling, while scanning the sample surface while mechanically controlling the cantilever at a resonance frequency,
A method for identifying an atomic species or a material using a friction force probe microscope, wherein a magnetic field feedback control is performed so that a bending in a direction perpendicular to a longitudinal direction generated in the cantilever is reduced to zero.
と、試料の位置を制御するための円筒型位置制御機構
と、前記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変
位計測機構と、前記カンチレバーの撓みを任意に制御す
るための磁場制御機構とを有するフリクション・フォー
ス・プローブ顕微鏡を用い、前記カンチレバーを機械的
に共振周波数で制御しながら前記試料表面を走査中に、
前記カンチレバーに発生する長手方向に対して垂直方向
の撓みを零にするように磁場フィードバック制御し、前
記カンチレバーの撓み量を計測するための微小変位計測
機構を円弧回転させることにより結晶方向・結晶軸のそ
れぞれに対する剪断応力を測定することを特徴とするフ
リクション・フォース・プローブ顕微鏡を用いた原子種
や材料の同定方法。12. A cantilever with a probe having a magnetic material, a cylindrical position control mechanism for controlling a position of a sample, a minute displacement measuring mechanism for measuring a bending amount of the cantilever, and a bending of the cantilever. Using a friction force probe microscope having a magnetic field control mechanism for arbitrarily controlling, while scanning the sample surface while mechanically controlling the cantilever at a resonance frequency,
The magnetic field feedback control is performed so that the bending in the vertical direction with respect to the longitudinal direction generated in the cantilever becomes zero, and the micro-displacement measuring mechanism for measuring the bending amount of the cantilever is rotated by an arc so that the crystal direction and the crystal axis are changed. A method for identifying an atomic species and a material using a friction force probe microscope, wherein a shear stress is measured for each of the following.
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|---|---|---|---|
| JP30687997A JP3428403B2 (en) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | Friction force probe microscope and method for identifying atomic species and materials using friction force probe microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP30687997A JP3428403B2 (en) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | Friction force probe microscope and method for identifying atomic species and materials using friction force probe microscope |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142105A true JPH11142105A (en) | 1999-05-28 |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428403B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007530915A (en) * | 2003-07-15 | 2007-11-01 | ユニバーシティ・オブ・ブリストル | Atomic force microscope probe |
| CN114923405A (en) * | 2022-04-09 | 2022-08-19 | 南昌大学 | Device and method for detecting flexoelectric effect of film by Van der Waals epitaxial method |
| WO2025079693A1 (en) * | 2023-10-13 | 2025-04-17 | Tdk株式会社 | Position detecting system, detection target member, and magnetic detecting device |
-
1997
- 1997-11-10 JP JP30687997A patent/JP3428403B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2007530915A (en) * | 2003-07-15 | 2007-11-01 | ユニバーシティ・オブ・ブリストル | Atomic force microscope probe |
| JP4832296B2 (en) * | 2003-07-15 | 2011-12-07 | ユニバーシティ・オブ・ブリストル | Atomic force microscope probe |
| CN114923405A (en) * | 2022-04-09 | 2022-08-19 | 南昌大学 | Device and method for detecting flexoelectric effect of film by Van der Waals epitaxial method |
| CN114923405B (en) * | 2022-04-09 | 2023-07-28 | 南昌大学 | Device and method for detecting film flexoelectric effect through Van der Waals epitaxy method |
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