PeakForce Tapping® AFM Probes

2000年にWiTECは、従来のタッピングモードを発展させたパルスフォースモードを開発しました。タッピングモードでは、AFMカンチレバーをサンプル上方の定義した高さで共振周波数近傍で振動させます。加振の反転ポイントで相互作用が引力から斥力に変化する高さです。俗に言う、サンプル表面にAFM探針がわずかに触れている(タップしている)状態です。

サンプルの形状変化は、探針-試料間の相互作用の変化に関与します。これらはAFMカンチレバーの振動の振幅や位相の変化で検出できます。たとえサンプルとの接触時間が極めて短時間であっても、AFMカンチレバーは共振周波数で振動しており、1秒間に数十万回サンプル表面に接触しています。高速のフィードバックループを使っても、あらかじめ設定した相互作用力が再びリセットされるまでには、何度も探針先端がサンプルの表面にタップすることになります。

一方、パルスフォースモードでは、AFMカンチレバーを共振周波数で振動させるのではなく、ある一定の周波数で振動させ、AFM探針の振動のひとつひとつを解析します。このため、探針-サンプル間の相互作用は最小限に抑えられ、適正に調整されます。

パルスフォースモードはブルカー社によって引き継がれ、PeakForce Tappingモードと称してAFMに実装されました。PeakForce Tappingは、AFMカンチレバーの固有共振周波数よりもはるかに低い速度でAFMカンチレバーを振動させるオフレゾナンスモードです。

標準的な形状情報に加え、AFMカンチレバーのそれぞれの振動は1つのフォースカーブとみなされます。この曲線を解析することで、相互作用力を数百ピコニュートンまで調整して最小化することができ、粘着性、剛性、粘性などの試料の機械的特性に関する情報を得ることができます。


図1  PeakForce tapping動作における Z ピエゾ位置とAFMカンチレバーのディフレクション

(1)ベースライン、(2)ファンデルワールス引力、(3)スナップインコンタクト、(4)たわみ/押し込み、(5)「ピーク」力、(6)リトラクション(引き離し)(7)発振/共振振動、(8)ベースライン

PeakForce Tappingのフォースカーブの1サイクルをイラストで示したものです。ピエゾがサンプルに向かって徐々に伸び、サンプルから離れます。この過程では以下のサイクルを辿ります。


1.ベースライン。 AFMカンチレバーがサンプル表面から遠く、カンチレバーのたわみなし
2.遠距離力であるファンデルワールス力により、AFMカンチレバーはわずかにサンプルの表面側にひっぱられている
3. AFM探針の先端がサンプルに接触する
4. AFMプローブがサンプル表面に押し込まれ、カンチレバーが表面から押し返されてたわむ
5. 最大力もしくは「ピーク」に到達(形状像を取得するため相互作用を制御する)
6. AFMプローブが表面から引き離される。AFMカンチレバーのたわみが減少し、ゼロ位置を通過した後、AFMカンチレバーはサンプル表面に凝着された状態になりカンチレバーはサンプル表面方向にたわむ
7. FMカンチレバーをさらにサンプル表面から引き離すと、AFM探針が表面から離れる。AFMカンチレバーはしばらく固有振動周波数で振動する(発振)
8.  ベースライン。次のサイクルを開始する前に振動が十分に減衰し、正確なベースラインが得られることが理想的です。

a)AFMカンチレバーのたわみに対する光検出器のキャリブレーション(ディフレクション感度)と、b)AFMカンチレバーのバネ定数を決定することにより、光検出器の出力値(ボルト)をフォース値へ変換し、定量的なフォース測定が可能になります。

カンチレバーのたわみを光検出器の信号(ディフレクション感度)に変換し、カンチレバーのバネ定数をサーマルチューニング法で求めることにより、ティップ-サンプル間の相互作用を直接、定量的なフォースとして表示することが可能です。また、相互作用を最小化することにより探針の摩耗を抑え、サンプルの材料特性に応じたフォースカーブを解析することができます。

各サイクルにおける最大または「ピーク」力が、ピエゾを引き離すトリガーとなるため、PeakForce Tappingと名付けられました。相互作用力の直接的な制御が可能なため、タッピングモードで使用される力よりもはるかに小さい数ナノニュートン程度の小さな力を適用することができ、硬い金属やセラミックから液中のDNAやその他のバイオサンプルまで、幅広い材料に対してAFM探針やサンプルへのダメージ低減効果を発揮し、その結果、高解像度イメージングの一助となる測定方法です。

接着力、弾性率、変形そしてエネルギー散逸に関する定量的なナノ機械特性に関する情報は、PeakForce Tappingによるフォースディスタンス曲線に含まれており、直接抽出することができます。

PeakForce Tapping は、PeakForce TUNA(PF-TUNA) や PeakForceケルビンプローブフォース顕微鏡 (PF-KPFM) 、 PeakForce走査型電気化学顕微鏡 (PF-SECM) など、新たな電気・電気化学特性測定モードも可能にしました。

Bruker の ScanAsyst モードは、PeakForce Tappingモードをベースにしており、画像品質が均一になるようにスキャン パラメーターを継続的かつ自動的に最適化しています。

下記のAFMプローブに加え、NANOSENSORS  Special Developments List にあるAFMプローブ  SD-R30-NCH, SD-R30-FM (R=30nm), SD-T7L100 (C=600N/m) もご検討下さい。

56 製品が要求仕様にマッチしました
産業向けスタンダード製品
NCHR

NCHR

スタンダードなタッピングモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 標準
AFM カンチレバー
F
320 kHz
C
42 N/m
L
125 µm
コストパフォーマンス
HQ:NSC15/Al BS

HQ:NSC15/Al BS

スタンダードなタッピングモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー
F
325 kHz
C
40 N/m
L
125 µm
コストパフォーマンス
160AC-NA

160AC-NA

ティップをカンチレバーの末端に配置したスタンダードなタッピングモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: OPUS
AFM カンチレバー
F
300 kHz
C
26 N/m
L
160 µm
高コストパフォーマンス
Tap300Al-G

Tap300Al-G

標準タッピングモード用AFM プローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー
F
300 kHz
C
40 N/m
L
125 µm
最高品質
PPP-NCSTR

PPP-NCSTR

ソフトタッピングモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 標準
AFM カンチレバー
F
160 kHz
C
7.4 N/m
L
150 µm
産業向けスタンダード製品
NCSTR

NCSTR

ソフトタッピングモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 標準
AFM カンチレバー
F
160 kHz
C
7.4 N/m
L
150 µm
コストパフォーマンス
HQ:NSC14/Al BS

HQ:NSC14/Al BS

ソフトタッピングAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー
F
160 kHz
C
5 N/m
L
125 µm
HQ:NSC35/Al BS

HQ:NSC35/Al BS

3本の異なるプローブが付いたタッピングモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー: 3つ
1
2
3
F
205 kHz
300 kHz
150 kHz
C
8.9 N/m
16 N/m
5.4 N/m
L
110 µm
90 µm
130 µm
200AC-NA

200AC-NA

ティップをカンチレバー先端に配置したソフトタッピングAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: OPUS
AFM カンチレバー
F
135 kHz
C
9 N/m
L
200 µm
高コストパフォーマンス
Tap150Al-G

Tap150Al-G

ソフトタッピングAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー
F
150 kHz
C
5 N/m
L
125 µm
PPP-NCST

PPP-NCST

ソフトタッピングモードAFMプローブ
コーティング: コーティング無し
AFMティップ形状: 標準
AFM カンチレバー
F
160 kHz
C
7.4 N/m
L
150 µm
NCST

NCST

ソフトタッピングモードAFMプローブ
コーティング: コーティング無し
AFMティップ形状: 標準
AFM カンチレバー
F
160 kHz
C
7.4 N/m
L
150 µm
産業向けスタンダード製品
FMR

FMR

スタンダードなフォースモジュレーションモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 標準
AFM カンチレバー
F
75 kHz
C
2.8 N/m
L
225 µm
コストパフォーマンス
HQ:NSC18/Al BS

HQ:NSC18/Al BS

スタンダードなフォースモジュレーションモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー
F
75 kHz
C
2.8 N/m
L
225 µm
コストパフォーマンス
240AC-NA

240AC-NA

ティップをカンチレバー先端に配置したフォースモジュレーションAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: OPUS
AFM カンチレバー
F
70 kHz
C
2 N/m
L
240 µm
高コストパフォーマンス
Multi75Al-G

Multi75Al-G

スタンダードなフォースモジュレーションモードAFMプローブ
コーティング: 反射アルミコート
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー
F
75 kHz
C
3 N/m
L
225 µm
高コストパフォーマンス
All-In-One-DD

All-In-One-DD

ダイヤモンドコート導電性AFMプローブ 4本タイプ
コーティング: 導電性ダイヤモンド
AFMティップ形状: 反転
AFM カンチレバー: 4
1
2
3
4
F
19 kHz
110 kHz
200 kHz
450 kHz
C
0.5 N/m
6.5 N/m
18 N/m
100 N/m
L
500 µm
210 µm
150 µm
100 µm
最高品質
qp-BioAC

qp-BioAC

uniqprobe™ ばらつきの少ないノンコンタクト・タッピング・コンタクトモード用SPMプローブ
コーティング: 反射金コート
AFMティップ形状: 円形対称
AFM カンチレバー: 3つ
1
2
3
F
90 kHz
50 kHz
30 kHz
C
0.3 N/m
0.1 N/m
0.06 N/m
L
40 µm
60 µm
80 µm
スタンダード窒化シリコンAFMプローブ
PNP-TR

PNP-TR

窒化シリコンAFMプローブ
コーティング: 反射金コート
AFMティップ形状: ピラミッド
AFM カンチレバー: 2つ
1
2
F
67 kHz
17 kHz
C
0.32 N/m
0.08 N/m
L
100 µm
200 µm
qp-BioT

qp-BioT

uniqprobe™ -ばらつきの少ないノンコンタクト・タッピング・コンタクトモード用SPMプローブ2本タイプ
コーティング: 反射金コート
AFMティップ形状: 円形対称
AFM カンチレバー: 2つ
1
2
F
50 kHz
20 kHz
C
0.3 N/m
0.08 N/m
L
100 µm
200 µm
3