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集成轻敲模式开尔文探针力显微镜与光诱导力显微镜实现化学与表面电势关联成像
Jakob, DS., Li, N., Zhou, H., Xu, XG.,
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
Abstract
开尔文探针力显微镜（KPFM）是通过测量原子力显微镜（AFM）针尖与样品间库仑力实现纳米级表面电势映射的常用技术。传统KPFM变体因库仑力的长程特性，在环境条件下的横向分辨率局限在约35-100 nm。本文提出一种在轻敲模式KPFM中产生库仑力的新方法，无需外部AC驱动电压：利用场效应晶体管（FET）周期性直接切换针尖与样品的电连接通断。针尖与样品费米能级对齐产生的库仑力导致微悬臂振荡在FET切换频率处发生可检测变化。由此实现的FET切换式KPFM具有约25 nm的空间分辨率，并继承了AFM轻敲模式的高速操作特性。此外，该技术与光诱导力显微镜（PiFM）集成，可同步获取高空间分辨率化学分布与表面电势图谱。FET切换式KPFM与PiFM的联用技术有望推动光活性材料、半导体及铁电材料纳米尺度电学特性的表征研究。