НИУ ИТМО

Кантилевер

Выполнил: Белослудцев С.Г. Группа: 5675

г.Санкт-Петербург 2014г.

Закон Гука

•Кантилевер – это наиболее распространненый датчик силового взаимодействия в атомно-силовой микроскопии. Любую информацию о поверхности атомно-силовой микроскоп получает благодаря механическим отклонениям балки кантилевера, которые регистрируются оптической системой. Для бесконтактной микроскопии часто используют резонаторы камертонного типа вместо кантилеверов. В таком сенсоре следят за изменением резонансной частоты при появлении силового взаимодействия зонда с поверхностью.

Обычно кантилевер представляет собой балку в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 1), имеющего длину L, толщину t (t<<L) и ширину W (W<<L) или в виде двух балок, соединенных под некоторым углом (рис. 2), с зондом (острием) длиной Ltip на одном из ее концов. Далее подробно рассмотрим прямоугольный кантилевер. Геометрические размеры, характеризующие его, показаны на рис. 1. С поверхностью взаимодействует острие зонда. Будем считать, что именно к его вершине приложена сосредоточенная сила, действующая со стороны

Сила, действующая на зонд, зачастую имеет не только вертикальную составляющую, но и компоненты, лежащие в горизонтальной плоскости. Поэтому острие кантилевера может отклоняться не только вдоль оси Oz , но в двух других направлениях: Ox и Oy (см. рис. 1). Вертикальную составляющую Fz назовем нормальной силой, поперечную Fx и продольную Fy-латеральными силами.

Так как в АСМ о силе воздействия образца на кантилевер судят по деформации последнего, то для определения силы, необходимо знать жесткость деформаций кантилевера в различных направлениях. Считаем, что вектор отклонения острия кантилевера ∆ (имеющий компоненты ∆x, ∆y, ∆z) связан с приложенной к зонду силой F линейно, т.е. по закону Гука [1]:

(1)

"Коэффициентом" пропорциональности служит тензор второго ранга C, который назовем тензором обратной жесткости. Эта величина содержит всю информацию об упругих свойствах кантилевера.