Rasterkraftmikroskopie

1.10 Kraft-Abstandskurven
Eine Kraft-Abstandskurve erhält man, indem man die Spitze langsam der Probe annähert und nach
dem Kontakt wieder wegbewegt, während man die Verbiegung des Cantilevers aufzeichnet. Die Normalkraft
lässt sich aus dem Dierenzsignal U T −B der Fotodiode bestimmen:
• c n = E·w·t3
4·l 3 : normale Federkonstante des Cantilevers
• S: Sensitivität des Photodetektors in nm V
• w: Breite des Cantilevers (als rechteckig angenommen)
• l: Länge des Cantilevers
• t: Dicke des Cantilevers
• E: Elastizitätsmodul
Im Versuch erwarten wir eine folgende Kraft-Abstandskurve:
F n = c n · S · ∆U T −B (8)
1. Abstand groÿ, keine Verbiegung des Cantilevers
2. snap in, jump to contact: anziehende Kräfte übersteigen die Rückstellkraft des Cantilevers,
so dass dieser schlagartig auf die Oberäche gezogen wird. Bei weiterer Annäherung an die
Oberäche (der Kontakt ist hergestellt) wird nun die Spitze nach oben verbogen, da dann die
repulsiven Kräfte zwischen Spitze und Oberäche überwiegen
3. Maximale Kraft, ab hier wird der Cantilever wieder von der Probe wegbewegt.
4. Cantilever bendet sich in Ruhelage, repulsive und attraktive Kräfte gleichen sich aus. Trotz
weiterer Vergröÿerung des Abstands bleibt die Spitze dank anziehender Kräfte in Kontakt mit
der Oberäche, auch über den snap in (2) hinaus.
5. snap o: Die Rückstellkräfte des Cantilevers überwiegen, so dass sich die Spitze sprunghaft von
der Oberäche löst.
6. Der Abstand ist groÿ genug, so dass ab jetzt keine Verbiegung des Cantilevers mehr festgestellt
werden kann.
Die Hysterese zwischen snap in und snap o ist im wesentlichen durch Kapillarkräfte bedingt und
dementsprechend im Ultrahochvakuum viel schwächer ausgeprägt.
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