Основные преимущества PeakForce qnm:

• Высокое латеральное разрешение карт механических свойств материалов. Разрешение изображений составляет около 2 нм – типичное значение радиуса закругления кантилеверов Bruker.

• Количественные данные. Поскольку все механические свойства вычисляются на основе силовых кривых, полученные значения имеют количественный характер. Изображения механических свойств выдаются сразу со шкалой в абсолютных единицах.

• Чрезвычайно широкий диапазон значений измеряемых характеристик. Например, модуль упругости можно измерять в пределах 1 МПа – 100 ГПа, адгезию в пределах 10 пН – 10 мкН.

• Неразрушающие измерения. Силы взаимодействия зонд-образец существенно ниже, чем даже в полуконтактном режиме. Это делает возможным работу с особо деликатными образцами и сверхострыми зондами.

• Нет необходимости настройки резонансной частоты кантилевера. Частота колебаний зонда всегда постоянная – 2 кГц (1 кГц для микроскопа  BioScope Catalyst).

• Возможность применения широкого диапазона зондов.

• Благодаря мощному контроллеру Nanoscope V, обеспечивающему высокую скорость обработки массива силовых кривых, изображения топографии и карт поверхности отображаются одновременно по 8-ми независимым каналам.

ScanAsyst - это первая интеллектуальная система, позволяющая автоматически оптимизировать качество изображений атомно-силовой микроскопии. ScanAsyst освобождает исследователя от необходимости настраивать параметры обратной связи (setpoint, feedback gains), скорость сканирования. Это делает процесс получения картинки не сложнее, чем выбор области сканирования, как на воздухе, так и в жидкости.

ScanAsyst основан на режиме PeakForceTapping (или как продолжение этого режима – PeakForce QNM (Quantitative Nanomechanical Property Mapping). Суть режима заключается в следующем: колебания зонда генерируются с помощью вертикальных перемещений трубки пьезосканера с частотой 2 кГц. При каждом касании острия кантилевера поверхности образца строится кривая силы взаимодействия зонд-образец. Максимальное значение этой силы используется в качестве сигнала обратной связи. Система автоматически анализирует получаемое изображение и «налету» оптимизирует параметры сканирования, делая качество картинки наилучшим.

Основные преимущества ScanAsyst:

• Неразрушающие измерения. Силы взаимодействия зонд-образец существенно ниже, чем даже в полуконтактном режиме. Это делает возможным работу с особо деликатными образцами и сверхострыми зондами;

• Нет необходимости настройки параметров сканирования (setpoint, feedback gains, скорость сканирования) и резонансной частоты кантилевера;

• Отличные результаты при работе в жидкостях т.к. значение параметра setpoint динамически подстраивается;

• Возможность профилирования узких и глубоких впадин и канавок.

ScanAsyst также доступен как стандартная функция на атомно-силовых микроскопах MultiMode 8, Dimension Edge, Dimension Icon и Dimension FastScan. Возможен апгрейд более ранних систем, таких как MultiMode, Dimension.

2.3.3 Интегра Спектра

Рис. 19 - ИНТЕГРА Спектра

Интеграция СЗМ и конфокальной микроскопии / КР (рамановский) спектроскопии (рис. 19). Благодаря зондово-усиленному КР (TERS) позволяет проводить спектроскопию / микроскопию с разрешением до 10 нм

Интеграция - ключ к новым знаниям. Изменение происходит в интерфейсах, и сегодняшние самые захватывающие изменения в микроскопии происходят там, где объединяются различные технологии. ИНТЕГРА Спектра прекрасный пример таких изменений, объединяющий всю мощь атомно-силовой микроскопии (АСМ), конфокальной рамановский и флуоресцентной микроскопии и ближнепольной оптической микроскопии в едином комплексе.

ИНТЕГРА Спектра поддерживает большинство существующих АСМ методик (более 30), обеспечивая расширенную информацию о физических свойствах образца с нанометровым разрешением: локальной жесткости, проводимости, емкости, намагниченности, поверхностном потенциале и работе выхода, коэффициенте трения, пьезоотклике и пр. Одновременно с АСМ конфокальная флуоресценция и рамановские измерения дают информацию о химическом составе, кристаллической структуре и ее ориентации, наличия примесей и дефектов, макромолекулярной конформации и т.д.

Измерения могут проводиться с применением оптического возбуждения по прямой или инвертированной схеме. Образец может находиться в окружающей атмосфере или в жидкой среде, при контролируемой температуре. Полный рамановский/флуоресцентный спектр записывается в каждой точке 2D или 3D скана с дальнейшим анализом с применением мощного ПО. Благодаря превосходному качеству микроскопии данного прибора спектральное распределение может быть изучено с пространственным разрешением, достигающим теоретического предела.

Дифракционно-ограниченное пространственное разрешение и малость Рамановского сигнала являются двумя основными проблемами в Рамановской микроскопии. При использовании видимого излучения разрешение классической конфокальной микроскопии не опускается ниже 200 нм. Новый мир нанотехнологий раскрыл увлекательное явление: электромагнитное излучение может резко усилено вблизи металлической наноразмерной частицы или неоднородности (“наноантенны”).

Результирующие эффекты называются поверхностно-усиленным рамановским рассеянием (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) либо, если они связаны с острием СЗМ зонда, может достигаться зондово-усиленное рамановское рассеяние (Tip-Enhanced Raman Scattering, TERS).

С использованием специально приготовленных остроконечных зондов ИНТЕГРА Спектра при прецизионном сканировании может увеличивать мощность рамановского сигнала на несколько порядков величины с участка поверхности нанометровых размеров. Даже единичные молекулы могут быть обнаружены и идентифицированы по их спектру. Латеральное разрешение рамановских (TERS) или флуоресцентных карт более не ограничивается дифракционным пределом и может достигать величины менее 15 нм.

Методики:

• Более 30 АСМ методов для измерения рельефа поверхности, механических,

• электрических, магнитных свойств образца, проведения наноманипуляций и пр.

• Оптическая микроскопия и конфокальная лазерная (Рэлеевская) микроскопия

• Конфокальная КР микроскопия

• Конфокальный флуоресцентный анализ: изображение и спектроскопия

• Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ), в том числе безапертурная

• Зондово-усиленная КР/флуоресцентная спектроскопия (TERS, TEFS)

Контролируемые условия измерений:

• Температура образца

• Влажность

• Газовый состав

• Измерения в жидкости

• Внешнее магнитное поле

• Использование электрохимической ячейки

Одновременное исследование одной и той же области образца методами конфокальной КР/ флуоресцентной/ Рэлеевской микроскопии и атомно-силовой микроскопии.

Дифракционный предел пространственного разрешения: <200 нм по осям X и Y, <500 нм по оси Z (с иммерсионным объективом).

Истинная конфокальность − диафрагма с моторизованным изменением размера для обеспечения конфокальности и оптимизации сигнала.

Моторизированный расширитель пучка/коллиматор: используйте индивидуальные настройки диаметра и коллимации луча для разных лазеров и объективов.

Получение гиперспектральных изображений (полный спектр КР регистрируется в каждой точке одно-, двух- и трехмерного конфокального изображения) с последующей программной обработкой.

Оптическая литография (векторная, растровая).

Прямая и инвертированная оптические схемы совмещения с АСМ (оптимизированы для изучения непрозрачных и прозрачных образцов соответственно), возможна схема боковой засветки.

Оптика с максимально возможным оптическим разрешением (числовой апертурой) при одновременных АСМ исследованиях: 0,7 NA для прямой схемы, 1,3–1,4 NA для инвертированной схемы.

Одновременное исследование одного и того же образца методами АСМ / СТМ и конфокальной лазерной/КР/ флуоресцентной микроскопии.

Поддерживаются стандартные методики СЗМ (более 30 методик) — в сочетании с конфокальной КР / флуоресцентной микроскопией.

Низкий уровень шума при исследованиях методами АСМ/СТМ (атомарное разрешение).

Оптическая АСМ головка уникальной конструкции обеспечивает минимизацию вибраций и термодрейфов, возникающих при использовании оптического микроскопа.

Автоматическое отслеживание фокуса: образец всегда находится в фокусе благодаря АСМ обратной связи по Z. Может быть достигнуто высокое качество конфокальных изображений образцов с шероховатой или наклонной поверхностью.

Полная интеграция АСМ и оптической микроскопии / спектроскопии: исследования всеми методами АСМ / КР микроскопии / СБОМ, дальнейшая обработка результатов и анализ данных осуществляются одним и тем же программным обеспечением.

Комплексный анализ одно-, двух- и трехмерных гиперспектральных изображений. Возможен экспорт данных в другие программы (Excel, MatLab, Cytospec etc.).

Очень высокая оптическая эффективность 520 мм спектрометра с четырьмя моторизованными решетками. Доступны видимый, УФ и ИК диапазоны спектра. Решетка Эшелле со сверхвысокой дисперсией; спектральное разрешение: 0.007 нм  (< 0.1 1/cm). В одном комплексе возможна установка до 3 различных детекторов:

• CCD камера с термоэлектрическим охлаждением до -100°C или EMCCD камера — для быстрого сканирования

• фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или лавинный фотодиод (ЛФД) в режиме счета фотонов

• фотоэлектронный умножитель для Рэлеевской микроскопии.

Возможность использования моторизованных поляризационных устройств в каналах возбуждения и детектирования, измерение КР в скрещенных поляризациях. Автоматизированное переключение между различными лазерами. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ). Поддерживаются два основных типа СБОМ: (i) основанный на применении оптоволоконных зондов, (ii) основаный на применении кремниевых АСМ зондов.

Поддерживаются все оптические схемы: на пропускание, на отражение, сбора излучения.

Регистрируются все СБОМ сигналы: интенсивность лазерного излучения, флуоресценция, а также спектроскопия. СБОМ литография (векторная, растровая).

Гигантское комбинационное рассеяние и другие оптические методики, связанные с локальным усилением сигнала (TERS, TEFS, S-SNOM, STM-LE)

Доступны все существующие конфигурации TERS: засветка/сбор снизу, сверху, сбоку.

Могут быть использованы различные СЗМ методики и типы зондов: СТМ иглы, АСМ зондовые датчики (микромеханические и камертонные) в полуконтактной методике и поперечно-силовой микроскопии.

Двойное сканирование (для нахождения точки усиления TERS): сканирование образцом и сканирование зондом/пятном лазера.

Моторизованная поляризационная оптика для обеспечения оптимальной для TERS поляризации.

ИНТЕГРА Спектра снабжена новыми электроникой и ПО, позволяющими комбинировать разработанную ранее инновационную HybriD Mode™ HybriD Mode™ (HD-AFM™ Mode) для исследований наномеханических свойств и Рамановскую спектроскопию для отображения химических свойств одной и той же области за одну измерительную сессию.

ИНТЕГРА Спектра позволяет проводить исследования методами АСМ и КР микроскопии в различных средах: в воздухе, жидкости или контролируемой газовой атмосфере (в конфигурации Inverted). Для всех видов измерений можно варьировать температуру образца, контролировать влажность, газовый состав и влияние внешнего магнитного поля.

2.3.4 Centaur I HR

Рис. 20 - Centaur I HR

Centaur I HR (рис. 20) - комплекс, сочетающий сканирующий зондовый микроскоп, конфокальный микроскоп/спектрометр с двойной дисперсией для получения спектров рамановского рассеяния и флюоресценции и спектральных изображений, конфокальный лазерный микроскоп и оптический инвертированный микроскоп

Комплекс Centaur I HR разработан для проведения комплексных исследований свойств поверхности методами оптической микроскопии, спектроскопии и сканирующей зондовой микроскопии. Он позволяет получать полные спектры рамановского рассеяния и/или флюоресценции, конфокальные лазерные и конфокальные спектральные изображения (картирование поверхности), СЗМ изображения. Конструкция комплекса Centaur I HR позволяет работать как с отдельными методиками (например, с атомно-силовой-микроскопией), так и проводить совмещение методик (АСМ-Раман, конфокальная лазерная и АСМ)