Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

52 3 Experimentelles
Grundsätzlich muss zwischen zwei verschiedenen Methoden unterschieden werden, dem
Kontakt-Modus und dem Nichtkontakt-Modus. Der erste Fall wurde oben bereits beschrieben.
Auf diesen Modus wird in Kapitel 5.2 noch genauer eingegangen, da diese Methode gleichzeitig
benutzt wird, die Leitfähigkeit der Oberfläche zu messen. Der Nichtkontakt-Modus
eignet sich besonders, um ´langreichweitige´ Wechselwirkungen zwischen Probe und Spitze
zur Charakterisierung bestimmter Eigenschaften ausnutzen. Derartige Wechselwirkungen
können sowohl magnetischer als auch elektrischer Art sein. In dieser Betriebsart befindet sich
die Tastspitze in Abständen von einigen Nanometern bis zu einigen 100 Nanometern von der
Probe, was diese Methode besonders abriebfrei macht.
Hier gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Methoden. Im statischen Fall wird die Auslenkung
der Spitze infolge anziehender oder abstoßender Wechselwirkung gemessen. Eine Auslenkung
der Biegefeder entspricht dabei nach dem Hookschen Gesetz unmittelbar der wirkenden
Kraft. Diese Methode ist damit dem oben beschriebenen Kontaktmodus sehr ähnlich, der
Cantilever folgt der Oberflache, hier aber ohne diese zu berühren.
Bei der dynamischen Methode, diese Einstellung wurde bei den meisten in dieser Arbeit gemessenen
Proben verwendet, wird die Biegefeder über ein weiteres Piezoelement zur
Schwingung in ihrer Grundmode ω0 angeregt. Die Resonanzfrequenz wird dabei hauptsächlich
durch die Masse und das Federpotential bestimmt, Gleichung 3.12. Mit k als Federkonstante
und m als Masse der Spitze.
k
ω 0 =
3.12
m
Bringt man die Spitze nun an die Oberfläche heran, überlagert sich das von der Oberfläche
kommende Potential. Dies führt zu einer Änderung des Gesamtpotentials und damit zur Änderung
der Schwingungsfrequenz, oder bei fest eingestellter Anregungsfrequenz zu einer Änderung
der Schwingungsamplitude, siehe Abbildung 3.16.
Abbildung 3.16: Eine Änderung
der Schwingungsfrequenz
des Cantilevers
durch Überlagerung eines
weiteren Potentials führt zu
einer Reduktion der
Schwingungsamplitude von
A0 nach A1 bei gleicher
Anregungsfrequenz. [77]
Zum Betrieb des Mikroskops wird die prozentuale Dämpfung der Amplitude vorgegeben und
mit diesem Wert regelt der z-Sensor den Cantilever über der Probe. D.h. bei starker Dämpfung
fährt die Spitze sehr nah über der Probe, hier spielen die kurzreichweitigen Kräfte, Abstoßung
an Atomrümpfen, eine bedeutendere Rolle, wahrend bei vorgegebener schwacher
Dämpfung mehr weitreichendere Kräfte, z.b. Van-der-Waals Kräfte oder elektrostatische
Kräfte bedeutender werden.
Neben der vorgegebenen Dämpfung kann auch die Schwingungsamplitude selbst reduziert
werden, was u.U. günstig sein kann, wenn die Spitze sich sehr nah an der Probe bewegt. Weiterhin
kann mittels P-I Regler die Erwiderung der Cantileverbewegung in vertikaler Richtung