AFM与STM的分子分辨率成像

你可能见过我之前的留言[我]研究了八乙基卟啉钴和镍自组装二维晶格(CoOEP和NiOEP)在HOPG上的低电流STM成像。在看到这些图像的分辨率后，Roger向我建议，由于Cypher的稳定性，也许可以使用敲屏模式AFM(调幅AC模式)而不是STM来看到CoOEP晶格(二)．

“这是不可能行得通的，”当我转达这个想法时，克里·希普斯(Kerry Hipps)教授回答说。“我敢肯定。”

嗯，我很固执，所以我决定还是试一试。我选择了FS-1500AuD探头——一种锋利、快速、中等硬度、镀金硅杆(名义上，R_提示= 10±2 nm，f_空气≈1.5 MHz, k≈6 N/m)探针商店．当我将探针尖端接触到表面时，薄薄的一层苯辛烷值就会上升到探针悬臂上(见图1)，因此在现在的气液混合振荡介质中，谐振频率立即下降到0.66 MHz。大约花了10分钟，这种奇怪的溶液才达到平衡，之后即使我在表面上移动，它也很稳定。

图1所示。苯辛烷/HOPG界面干涉条纹的时间序列图像。这些图像是通过Cypher ES俯视图光学捕获的，当解决方案进入AFM悬臂梁时，phenyloctane半月板作为一个衍射器产生条纹。

在平衡溶液中调整悬臂梁后，我能够保持稳定的自由驱动振幅为~1.44 nm (90 mV)，设置值为~0.34 nm (21 mV)，这要归功于blueDrive光热激发的异常稳定性[3]．你瞧，CoOEP晶格出现了，预期的分子间距为~1.4 nm!在我把照片给他看之后图2，希普斯教授只说了一句:“哇!”

图2。CoOEP的低振幅攻丝模式分子晶格分辨率。(一)100nm测量扫描。(B)线沿白线描入(一)显示CoOEP分子的规则间距。(C) 100 nm透视图像的三维绘制。

放大后(图3)，我说服自己，我可以看到卟啉环结构的一部分相像。你可能会注意到，测量结果对污染比上一张便条中的STM图像更加敏感。我们看到表面上有一些无定形的斑点，随着扫描的进行，由于尖端斑点的相互作用，图像也发生了变化。这仅仅意味着在AFM测量之前，你必须非常勤奋地清洗你的样品、探针和探针支架。

图3。在轻击模式下放大CoOEP晶格的AFM图像。(一)高度地形;20 nm扫描。(B)阶段;20 nm扫描。注意在图像的上部可见卟啉环结构。

这些数据让我想起了一些AFM研究(iv-vi)使用Cypher在环境条件下，这是由Rob Atkin教授(纽卡斯尔大学)、Peter Beton教授(诺丁汉大学)和王欣然教授(南京大学)几年前发表的。第一项研究(四)阐明了离子液体(EMIm)的纳米结构⁺TFSI^{- - - - - -})在一个石墨(HOPG)表面电位静态控制偏压(见图4一）.此外，所应用的偏置围绕开路电位系统地变化，分子Stern层作为偏置(以及离子成分，如Li)的函数而重组⁺和Cl^{- - - - - -}）.第二项研究[v]研究了吸附在六方氮化硼(hBN)和其他表面上的5,10,15,20-四羧基苯基卟啉(TCPP)的超分子结构，以及这种吸附对TCPP分子光电性能的影响。图4 b显示了TCPP在hBN上的方晶格结构。第三个研究(六)探索了高迁移率二辛基苯并噻吩(C₈-BTBT)用于有组织场效应晶体管的HOPG和hBN。bob综合app官网登录图4 c显示了生长在hBN上的C8-BTBT晶格的高分辨率形貌。

图4。先前二维分子晶格的AFM成像。(一)纯EMIm的相位图像⁺TFSI^{- - - - - -}船尾层吸附到HOPG基板上;30 nm扫描，在大块EMIm中成像⁺TFSI^{- - - - - -}离子液体(见参考文献。(四)）.(B)hBN基板上TCPP方阵的高度图像50 nm扫描，在空气中成像(见参考文献)。[v]）.(C)C晶格的高度像₈-BTBT生长在hBN基底上;10纳米扫描，在空气中成像(见参考文献)。(六)）.

对于离子液体成像，STM已经成为标准的分析技术。原子力显微镜(AFM)揭示了它们界面结构的新细节，主要是因为作为一种环境技术，它避免了在超高真空下冷冻离子液体单层膜所产生的传统伪像。STM也只适用于导电样品(许多材料都不适用)，因此高分辨率AFM为有趣的半导体和绝缘体纳米材料提供了表征的新途径。亚纳米分子分辨率仅仅是STM的领域的日子已经一去不复返了。很明显，像Cypher这样的下一代AFMs很容易进入分辨率领域，揭示了以前可能无法用STM观察到的纳米尺度特征。

参考文献

[我]四月电流放大器带来可能超低电流STM
[ii]了解更多关于Cypher的信息:https://www.oxford-instruments.com/products/atomic-force-microscopy-systems-afm/asylum-research/high-resolution-fast-scanning-afm。
[iii] (a)了解更多关于blueDrive的信息，请浏览https://afm.oxinst.com/bluedrive而在https://pdfs.semanticscholar.org/e807/9171fb282e6340f6813a0f6b8cee8b4bae74.pdf．(2) a . Labuda, K. Kobayashi, Y. Miyahara, P. Grütter，低Q环境下光热激发原子力显微镜的清洁响应，科学仪器评论，2012 83,053703。https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4712286．
[iv]刘志刚，刘志刚，刘志刚，等。离子液体-石墨-纳米结构的研究进展[j] .材料工程，2015,46(6):1 - 7。https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b02921．
[v] . v . Korolkov, S. A. Svatek, A. Summerfield, J. Kerfoot, L. Yang, T. Taniguchi, K. Watanabe, N. R. champhy, N. A. Besley, P. H. Beton, van der waal - induced dyphilin Arrays on Boron Nitride, ACS Nano, 2015, 9(10)， 10347-10355。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5b04443．
[vi]何东，张颖，吴秋琴，徐瑞楠，刘军，姚建军，王振波，袁淑珍，李玉梅，石玉英，倪振波，何磊，苗芳，宋芳，徐华，渡边凯，谷口涛，j.b。Xu & X. Wang, the structure of semi -freestanding molecular crystals for high-performance field-effect晶体管，2014,5:5162,1-7。https://www.nature.com/articles/ncomms6162．