qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用
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  • 英文篇名:Research Progress and Applications of qPlus Noncontact Atomic Force Microscopy
  • 作者:刘梦溪 ; 李世超 ; 查泽奇 ; 裘晓辉
  • 英文作者:LIU Meng-Xi;LI Shi-Chao;ZHA Ze-Qi;QIU Xiao-Hui;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;University of Chinese Academy of Sciences;
  • 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
  • 英文关键词:Noncontact atomic force microscopy;;qPlus sensor;;High resolution imaging;;Force spectroscopy;;Kelvin probe force microscopy
  • 中文刊名:WLHX
  • 英文刊名:Acta Physico-Chimica Sinica
  • 机构: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;中国科学院大学;
  • 出版日期:2017-01-15
  • 出版单位:物理化学学报
  • 年:2017
  • 期:v.33
  • 基金:科技部(2012CB933001);; 国家自然科学基金(21425310)项目资助~~
  • 语种:中文;
  • 页:WLHX201701019
  • 页数:15
  • CN:01
  • ISSN:11-1892/O6
  • 分类号:191-205
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。
        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 q Plus 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.
引文
(1)Binnig,G.;Rohrer,H.;Gerber,C.;Weibel,E.Phys.Rev.Lett.1982,49(1),57.doi:10.1103/Phys Rev Lett.49.57
    (2)Binnig,G.;Quate,C.F.;Gerber,C.Phys.Rev.Lett.1986,56(9),930.doi:10.1103/Phys Rev Lett.56.1335
    (3)Gross,L.;Mohn,F.;Moll,N.;Liljeroth,P.;Meyer,G.Science2009,325(5944),1110.doi:10.1126/science.1176210
    (4)Albrecht,T.;Grütter,P.;Horne,D.;Rugar,D.J.Appl.Phys.1991,69(2),668.doi:10.1063/1.347347
    (5)Giessibl,F.J.Rev.Mod.Phys.2003,75(3),949.doi:10.1103/Rev Mod Phys.75.949
    (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.[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.]doi:10.3866/PKU.WHXB201304191
    (7)Giessibl,F.J.Appl.Phys.Lett.1998,73(26),3956.doi:10.1063/1.122948
    (8)Babic,B.;Hsu,M.T.;Gray,M.B.;Lu,M.;Herrmann,J.Sens.Actuators A Phys.2015,223,167.doi:10.1016/j.sna.2014.12.028
    (9)Melcher,J.;Stirling,J.;Shaw,G.A.Beilstein J.Nanotechnol.2015,6(1),1733.doi:10.3762/bjnano.6.177
    (10)Moll,N.;Gross,L.;Mohn,F.;Curioni,A.;Meyer,G.New J.Phys.2010,12(12),125020.doi:10.1088/1367-2630/12/12/125020
    (11)Moll,N.;Gross,L.;Mohn,F.;Curioni,A.;Meyer,G.New J.Phys.2012,14(8),083023.doi:10.1088/1367-2630/14/8/083023
    (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.doi:10.1126/science.1225621
    (13)Sweetman,A.;Jarvis,S.;Sang,H.;Lekkas,I.;Rahe,P.;Wang,Y.;Wang,J.;Champness,N.;Kantorovich,L.;Moriarty,P.Nat.Commun.2014,5.doi:10.1038/ncomms4931
    (14)Huber,F.;Matencio,S.;Weymouth,A.J.;Ocal,C.;Barrena,E.;Giessibl,F.J.Phys.Rev.Lett.2015,115(6),066101.doi:10.1103/Phys Rev Lett.115.066101
    (15)Iwata,K.;Yamazaki,S.;Mutombo,P.;Hapala,P.;Ondra??ek,M.;Jelínek,P.;Sugimoto,Y.Nat.Commun.2015,6.doi:10.1038/ncomms8766
    (16)Jarvis,S.P.;Sweetman,A.;Lekkas,I.;Champness,N.R.;Kantorovich,L.;Moriarty,P.J.Phys.Condens.Matter 2014,27(5),054004.doi:10.1088/0953-8984/27/5/054004
    (17)Schuler,B.;Meyer,G.;Pena,D.;Mullins,O.C.;Gross,L.J.Am.Chem.Soc.2015,137(31),9870.doi:10.1021/jacs.5b04056
    (18)Zhang,J.;Chen,P.;Yuan,B.;Ji,W.;Cheng,Z.;Qiu,X.Science2013,342(6158),611.doi:10.1126/science.1242603
    (19)Kawai,S.;Sadeghi,A.;Xu,F.;Peng,L.;Orita,A.;Otera,J.;Goedecker,S.;Meyer,E.ACS Nano 2015,9(3),2574.doi:10.1021/nn505876n
    (20)Hapala,P.;Kichin,G.;Wagner,C.;Tautz,F.S.;Temirov,R.;Jelínek,P.Phys.Rev.B 2014,90(8),085421.doi:10.1103/Phys Rev B.90.085421
    (21)H?m?l?inen,S.K.;van der Heijden,N.;van der Lit,J.;den Hartog,S.;Liljeroth,P.;Swart,I.Phys.Rev.Lett.2014,113(18),186102.doi:10.1103/Phys Rev Lett.113.186102
    (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.doi:10.1126/science.aaa5329
    (23)Jarvis,S.P.Int.J.Mol.Sci.2015,16(8),19936.doi:10.3390/ijms160819936
    (24)Guo,C.S.;Xin,X.;van Hove,M.A.;Ren,X.;Zhao,Y.J.Phys.Chem.C 2015,119(25),141950.doi:10.1021/acs.jpcc.5b02649
    (25)Jarvis,S.P.;Rashid,M.A.;Sweetman,A.;Leaf,J.;Taylor,S.;Moriarty,P.;Dunn,J.Phys.Rev.B 2015,92(24),241405.doi:10.1103/Phys Rev B.92.241405
    (26)Neu,M.;Moll,N.;Gross,L.;Meyer,G.;Giessibl,F.J.;Repp,J.Phys.Rev.B 2014,89(20),205407.doi:10.1103/Phys Rev B.89.205407
    (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.doi:10.1038/ncomms12711
    (28)Guo,C.S.;Van Hove,M.A.;Ren,X.;Zhao,Y.J.Phys.Chem.C 2015,119(3),1483.doi:10.1021/jp511214e
    (29)Kim,M.;Chelikowsky,J.R.Appl.Phys.Lett.2015,107(16),163109.doi:10.1063/1.4934273
    (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.ACSNano 2015,9(12),12168.doi:10.1021/acsnano.5b05322
    (31)Sader,J.E.;Jarvis,S.P.Appl.Phys.Lett.2004,84(10),1801.doi:10.1063/1.1667267
    (32)Kuhn,S.;Rahe,P.Phys.Rev.B 2014,89(23),235417.doi:10.1103/Phys Rev B.89.235417
    (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.doi:10.1021/nn501785q
    (34)Sugimoto,Y.;Pou,P.;Abe,M.;Jelinek,P.;Pérez,R.;Morita,S.;Custance,O.Nature 2007,446(7131),64.doi:10.1038/nature05530
    (35)Lantz,M.;Hug,H.;Hoffmann,R.;Van Schendel,P.;Kappenberger,P.;Martin,S.;Baratoff,A.;Güntherodt,H.J.Science 2001,291(5513),2580.doi:10.1126/science.1057824
    (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.doi:10.1038/ncomms11559
    (37)Mohn,F.;Schuler,B.;Gross,L.;Meyer,G.Appl.Phys.Lett.2013,102(7),073109.doi:10.1063/1.4793200
    (38)Mo?nig,H.;Hermoso,D.R.;Di?az Arado,O.;Todorovic,M.;Timmer,A.;Schu?er,S.;Langewisch,G.;Pérez,R.;Fuchs,H.ACS Nano 2016,10(1),1201.doi:10.1021/acsnano.5b06513
    (39)Temirov,R.;Soubatch,S.;Neucheva,O.;Lassise,A.;Tautz,F.New J.Phys.2008,10(5),053012.doi:10.1088/1367-2630/10/5/053012
    (40)Weiss,C.;Wagner,C.;Kleimann,C.;Rohlfing,M.;Tautz,F.;Temirov,R.Phys.Rev.Lett.2010,105(8),086103.doi:10.1103/Phys Rev Lett.105.086103
    (41)Eigler,D.M.;Lutz,C.;Rudge,W.Nature 1991,352(15),600.doi:10.1038/352600a0
    (42)Neu,B.;Meyer,G.;Rieder,K.H.Mod.Phys.Lett.B 1995,9(15),963.doi:10.1142/S0217984995000929
    (43)Yazdani,A.;Eigler,D.;Lang,N.Science 1996,272(5270),1921.doi:10.1126/science.272.5270.1921
    (44)Bartels,L.;Meyer,G.;Rieder,K.H.Appl.Phys.Lett.1997,71(2),213.doi:10.1063/1.119503
    (45)Lee,H.;Ho,W.Science 1999,286(5445),1719.doi:10.1126/science.286.5445.1719
    (46)Schneiderbauer,M.;Emmrich,M.;Weymouth,A.J.;Giessibl,F.J.Phys.Rev.Lett.2014,112(16),166102.doi:10.1103/Phys Rev Lett.112.166102
    (47)Sang,H.;Jarvis,S.P.;Zhou,Z.;Sharp,P.;Moriarty,P.;Wang,J.;Wang,Y.;Kantorovich,L.Sci.Rep.2014,4.doi:10.1038/srep06678
    (48)Repp,J.;Meyer,G.;Stojkovi?,S.M.;Gourdon,A.;Joachim,C.Phys.Rev.Lett.2005,94(2),026803.doi:10.1103/Phys Rev Lett.94.026803
    (49)Gross,L.;Moll,N.;Mohn,F.;Curioni,A.;Meyer,G.;Hanke,F.;Persson,M.Phys.Rev.Lett.2011,107(8),086101.doi:10.1103/Phys Rev Lett.107.086101
    (50)Sun,Z.;Boneschanscher,M.P.;Swart,I.;Vanmaekelbergh,D.;Liljeroth,P.Phys.Rev.Lett.2011,106(4),046104.doi:10.1103/Phys Rev Lett.106.046104
    (51)Boneschanscher,M.P.;van der Lit,J.;Sun,Z.;Swart,I.;Liljeroth,P.;Vanmaekelbergh,D.l.ACS Nano 2012,6(11),10216.doi:10.1021/nn3040155
    (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.doi:10.1038/nature17151
    (53)Kawai,S.;Saito,S.;Osumi,S.;Yamaguchi,S.;Foster,A.S.;Spijker,P.;Meyer,E.Nat.Commun.2015,6.doi:10.1038/ncomms9098
    (54)Dienel,T.;Kawai,S.;So?de,H.;Feng,X.;Mu?llen,K.;Ruffieux,P.;Fasel,R.;Gro?ning,O.Nano Lett.2015,15(8),5185.doi:10.1021/acs.nanolett.5b01403
    (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.doi:10.1021/jp509013p
    (56)Lichtenstein,L.;Heyde,M.;Freund,H.J.J.Phys.Chem.C2012,116(38),20426.doi:10.1021/jp3062866
    (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.doi:10.1126/science.1238187
    (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.doi:10.1021/nl403791q
    (59)Pavli?ek,N.;Schuler,B.;Collazos,S.;Moll,N.;Pérez,D.;Guitián,E.;Meyer,G.;Pe?a,D.;Gross,L.Nat.Chem.2015,7(8),623.doi:10.1038/NCHEM.2300
    (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.doi:10.1038/NCHEM.2506
    (61)Majzik,Z.;Cuenca,A.B.;Pavli?ek,N.;Miralles,N.R.;Meyer,G.;Gross,L.;Ferna?ndez,E.ACS Nano 2016,10(5),5340.doi:10.1021/acsnano.6b01484
    (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.doi:10.1038/nnano.2009.57
    (63)Albrecht,F.;Pavlicek,N.;Herranz-Lancho,C.;Ruben,M.;Repp,J.J.Am.Chem.Soc.2015,137(23),7424.doi:10.1021/jacs.5b03114
    (64)Moreno,C.;Stetsovych,O.;Shimizu,T.K.;Custance,O.Nano Lett.2015,15(4),2257.doi:10.1021/nl504182w
    (65)Altman,E.I.;Baykara,M.Z.;Schwarz,U.D.Acc.Chem.Res.2015,48(9),2640.doi:10.1021/acs.accounts.5b00166
    (66)Mohn,F.;Gross,L.;Moll,N.;Meyer,G.Nat.Nanotechnol.2012,7(4),227.doi:10.1038/nnano.2012.20
    (67)Steurer,W.;Repp,J.;Gross,L.;Scivetti,I.;Persson,M.;Meyer,G.Phys.Rev.Lett.2015,114(3),036801.doi:10.1103/Phys Rev Lett.114.036801
    (68)Schuler,B.;Liu,S.X.;Geng,Y.;Decurtins,S.;Meyer,G.;Gross,L.Nano Lett.2014,14(6),3342.doi:10.1103/Phys Rev Lett.114.036801
    (69)Corso,M.;Ondra??ek,M.;Lotze,C.;Hapala,P.;Franke,K.J.;Jelínek,P.;Pascual,J.I.Phys.Rev.Lett.2015,115(13),136101.doi:10.1103/Phys Rev Lett.115.136101
    (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.doi:10.1021/nl502113z
    (71)Albrecht,F.;Repp,J.;Fleischmann,M.;Scheer,M.;Ondra??ek,M.;Jelínek,P.Phys.Rev.Lett.2015,115(7),076101.doi:10.1103/Phys Rev Lett.115.076101
    (72)Albrecht,F.;Fleischmann,M.;Scheer,M.;Gross,L.;Repp,J.Phys.Rev.B 2015,92(23),235443.doi:10.1103/Phys Rev B.92.235443
    (73)Gross,L.;Mohn,F.;Liljeroth,P.;Repp,J.;Giessibl,F.J.;Meyer,G.Science 2009,324(5933),1428.doi:10.1126/science.1172273
    (74)González,L.;Oria,R.;Botaya,L.;Puig-Vidal,M.;Otero,J.Nanotechnology 2015,26(5),055501.doi:10.1088/0957-4484/26/5/055501
    (75)Churnside,A.B.;Perkins,T.T.FEBS Lett.2014,588(19),3621.doi:10.1016/j.febslet.2014.04.033
    (76)Pielmeier,F.;Meuer,D.;Schmid,D.;Strunk,C.;Giessibl,F.J.Beilstein J.Nanotechnol.2014,5(1),407.doi:10.3762/bjnano.5.187
    (77)Falter,J.;Stiefermann,M.;Langewisch,G.;Schurig,P.;H?lscher,H.;Fuchs,H.;Schirmeisen,A.Beilstein J.Nanotechnol.2014,5(1),507.doi:10.3762/bjnano.5.59
    (78)Schwarz,A.;K?hler,A.;Grenz,J.;Wiesendanger,R.Appl.Phys.Lett.2014,105(1),011606.doi:10.1063/1.4890324
    (79)Melcher,J.;Stirling,J.;Cervantes,F.G.;Pratt,J.R.;Shaw,G.A.Appl.Phys.Lett.2014,105(23),233109.doi:10.1063/1.4903801
    (80)Meza,J.M.;Polesel-Maris,J.;Lubin,C.;Thoyer,F.;Makky,A.;Ouerghi,A.;Cousty,J.Curr.Appl.Phys.2015,15(9),1015.doi:10.1016/j.cap.2015.05.015
    (81)Li,R.;Ye,H.;Zhang,W.;Ma,G.;Su,Y.Sci.Rep.2015,5.doi:10.1038/srep15828
    (82)Labidi,H.;Kupsta,M.;Huff,T.;Salomons,M.;Vick,D.;Taucer,M.;Pitters,J.;Wolkow,R.A.Ultramicroscopy 2015,158,33.doi:10.1016/j.ultramic.2015.06.008

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