موضوع مقاله: میکروسکوپ نیروی اتمی دومدی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # میکروسکوپ نیروی اتمی دومدی | مقدمه: در پیکربندی AM-FM، دو حلقۀ فیدبک روی مد دوم عمل می‌کند: یکی دامنۀ مد دوم ( ) را ثابت نگه می‌دارد، دیگری حلقۀ قفل فاز (PLL) فاز مد دوم را روی ° تنظیم می‌کند. | ## بخش 1: میکروسکوپ نیروی اتمی دومدی | در این روش می ‌توان نقشه‌هایی از توپوگرافی، تغییر شکل، مدول الاستیته، ضریب ویسکوزیته یا میدان مغناطیسی تهیه کرد. AFM دومد بر پایه تحریک و آشکارسازی همزمان دو مد ویژه در میکروکانتیلور میکروسکوپ نیروی اتمی عمل می‌کند. نقشۀ مدول یانگ (بالا) و ضریب ویسکوزیته (پایین) مربوط به یک کوپلیمر بلوکی PS-b-PMMA نشان داده شده‌اند. دامنه‌های سخت‌تر (PMMA) ضریب ویسکوزیتۀ پایین‌تری و زمان پاسخ سریع‌تری را نشان می‌دهند. نقشۀ توپوگرافی (بالا) و مدول الاستیک (میانی) یک چارچوب فلزی-آلی (MOF) نشان داده شده است. توزیع مقادیر مدول الاستیک (پایین) از داده ‌های به دست‌آمده از نقشۀ میانی استخراج شده است. این منحنی را می‌توان به چهار منحنی گاوسی مجزا تجزیه کرد که به ترتیب در 25.7 ، 27.5، 29.3 و 32.3 گیگاپاسکال مرکز دارند. برهم‌کنش نوک با نمونه موجب تغییر در دامنه‌ها، جابه‌جایی‌های فازی و فرکانس‌های رزونانس مُدهای تحریک‌شده می‌شود. وضوح تصویر بالا، تولید نقشه‌های خواص مختلف مواد به صورت همزمان، بهینه بودن (حداکثر چهار داده به ازای هر پیکسل برای تهیه نقشه لازم است) و سرعت از مزایای این روش هستند. | ## بخش 2: میکروسکوپ نیروی اتمی دومدی | پیکربندی در AFM، حلقه‌های فیدبک، با ثابت نگه‌داشتن یک پارامتر از نوسان نوک، عملکرد میکروسکوپ را کنترل می‌کنند. اگر حلقه فیدبک اصلی بر روی دامنه تنظیم شود، حالت مدولاسیون دامنه (AM) نامیده می‌شود. حلقه فیدبک اصلی، با تغییر موقعیت عمودی نوک، دامنه را در نقطه مشخص ثابت نگه می‌دارد. یک حلقه‌ی قفل‌فاز، فرکانس تحریک را با ثابت نگه‌ داشتن جابه‌جایی فاز مد دوم در نود درجه تنظیم می‌کند. به طور خلاصه، جابه‌جایی نوک در AFM با یک مدل جرم-نقطه‌ای تقریب زده می‌شود: که در آن به ترتیب نیروی برهم‌کنش نوک-نمونه، نیروی محرک مد iام، سختی، ضریب کیفیت، فرکانس رزونانس آزاد و فرکانس تحریک هستند. در AFM دومد، حرکت عمودی نوک(انحراف) شامل دو مؤلفه است، یکی برای هر مد: به ترتیب انحراف ایستا، مد اول و مد دوم هستند. نظریه‌ای که کمیت‌های قابل اندازه‌گیری در AFM دومد را به خواص مواد تبدیل می‌کند، بر پایه‌ی به‌کارگیری قضایای وریال و انرژی اتلافی برای معادلات حرکت مدهای تحریک شده بنا شده‌است. AFM دومد ممکن است از هر دو مد ویژه استفاده کند، اما معمولا آزمایش‌ها با تحریک دو مد اول انجام می‌شوند. نظریه AFM دومد، رابطه‌های تحلیلی برای پیوند دادن خواص ماده به کمیت‌های قابل مشاهده در میکروسکوپ ارائه می‌کند. | ## بخش 3: میکروسکوپ نیروی اتمی دومدی | برای یک ماده الاستیک، جملۀ دوم در معادلۀ محاسبه حذف می‌شود، زیرا که نتیچه می‌دهد: . رابطه‌های تحلیلی دیگری نیز برای تعیین ثابت همیکر و پارامتر های مغناطیسی نمونه‌های فرومغناطیسی پیشنهاد شده است. کاربردها AFM دومد برای شناسایی و مطالعۀ طیف گسترده‌ای از سطوح و مرزهای میانی به کار می‌رود. برخی از کاربردها از حساسیت کمیت‌های قابل اندازه‌گیری در این روش برای افزایش توان تفکیک مکانی استفاده می‌کنند. با این حال، قابلیت‌های کامل AFM دومد زمانی آشکار می‌شود که نقشه‌های کمی از خواص مواد تولید می‌شوند. این بخش براساس توان تفکیک مکانی به دست آمده تقسیم شده است: مقیاس اتمی یا مقیاس نانومتری. همچنین، تصاویری در حد آنگستروم از لایه‌های هیدراته تشکیل شده روی پروتئین‌ها و نقشۀ مدول یانگ یک چارچوب فلزی-آلی (MOF)، غشای بنفش و یک دولایۀ لیپیدی در محیط آبی گزارش شده است. S2CID 73461360 کاربردهای مربوط به خواص مواد AFM دومد به طور گسترده برای ارائه نقشه‌هایی با تفکیک مکانی بالا از خواص مواد، به ویژه خواص مکانیکی استفاده می‌شود. علاوه براین، خواص و برهم‌کنش‌های غیرمکانیکی مانند گارنت‌های مغناطیسی بلوری، کرنش الکترواستاتیک، ذرات ابرپارامغناطیس و دیسک‌های با چگالی بالا نیز تصویربرداری شده‌اند. | ## جمع‌بندی | به دست آوردن نقشه‌های کمی از خواص مواد نیازمند کالیبراسیون ثابت‌های فنری مدهای تحریک‌شده است.