2.3.5 Кривые подвода зонда к образцу

Рассмотрим колебания кантилевера вблизи поверхности образца. Как показано в пункте 2.2.1, потенциал взаимодействия зонд-образец имеет характерный вид показанный на рисунке 1. Во время контакта при деформации поверхности образца кантилевером преобладает сила упругого отталкивания. На расстояниях кантилевер-образец порядка нескольких десятков ангстрем главным является межмолекулярное взаимодействие, называемое силой Ван-дер-Ваальса.

Рис. 1. Типичный вид потенциала взаимодействия между зондом и образцом.

Как показано в пункте 2.3.4, наличие внешней силы, зависящей от пространственных координат, приводит к изменению резонансных свойств колебательной системы кантилевер-образец

изменение фазы колебаний

(1)

изменение амплитуды колебаний

(2)

изменение резонансной частоты

(3)

где - коэффициент жёсткости кантилевера, – добротность колебательной системы, – амплитуда колебаний кантилевера на резонансной частоте в отсутствии градиента внешней силы.

Таким образом, измеряя зависимость резонансной частоты, фазы или амплитуды колебаний от расстояния зонд-образец, можно восстановить вид производной, а в некоторых случаях и самой силы взаимодействия. Соответствующие экспериментальные кривые называются кривыми подвода (рис. 2).

Рис. 2. Кривые подвода зонда к образцу. – амплитуда колебаний кантилевера на резонансной частоте,
– резонансная частота в отсутствии градиента внешней силы.