LFMキャリブレーター

Tridec TechnologyのLateral Force Microscopy Calibrator (LFMC)は、AFMプローブとサンプル間の摩擦力を高精度MEMS力学センサによってダイレクトに測定します。この手法により、AFMのカンチレバーのLateralシグナルと摩擦力を直接対応づける補正が可能となります。

USBで接続するコンパクトな装置で、Nanosurf AFMで得られたLFMの .nidファイルを読み込ませることで自動補正させることが可能です。

LFMキャリブレーター

測定原理

AFMのプローブをMEMS力センサのビームの表面をスライドさせます(Fig. 1)。作用・反作用の法則により、AFMカンチレバーの水平方向の反り（ねじれ）は、ビームにかかる力と等しくなります。この時の力が高精度のMEMS力学マイクロセンサ(MFS)によって測定され、ねじれと水平力を高い精度で対応させることができます。

注目すべき点は、この方法にはカンチレバーの幅や長さ、プローブの高さといった形状の情報が不要であるということです。それらの誤差を含む（あるいは確認不可能な）パラメータを使用せずにLateralシグナルから力へ変換できるため、正確な補正が可能となるわけです。

参考文献

  • C. Dziekonski et al., Method for lateral force calibration in atomic force microscope using MEMS microforce sensor, Ultramicroscopy 182 (2017) 1-9 ( Open access / PDF available)

  • Jarzabek D.M., Kaufmann A.N., Schift H., Rymuza Z., Jung T.A., Elastic modulus and fracture strength evaluation on the nanoscale by scanning force microscope experiments, NANOTECHNOLOGY, Vol.25, pp.1-9, 2014

 

LFCC性能
水平力係数の正確性  < 3%
水平力分解能 5 nN at 10Hz
製品仕様
寸法 62 x 53 x 10.4 mm
重量 40g
インターフェース USB
電源 5V (USBパワー)
PC環境
OS Windows 10, Windows 8, Windows 7 SP3
Java version

Java 8 update 151以降
容量

200MB以上の空きスペース
RAM

4GB以上

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炭化ケイ素上のグラフェンの摩擦力マッピング

ナノスケールにおいては、原子の相互作用や量子的な現象を無視できません。そのため、トライボロジーや機械工学のような確立された分野で得られたマクロスケールでの結果を単純にナノスケールに投影できなくなります。ナノスケールの世界を理解するには、新しい原理やアプローチが必要となります。

ナノトライボロジーの分野においてはAFMが重要な役割を果たしています。AFMによって摩擦力、摩耗、吸着、潤滑現象をナノスケールで調べることができます。ただし、定量的な摩擦力の測定には適切なキャリブレーションが必要となるのは言うまでもありません。

炭化ケイ素は、炭素とケイ素からなり、その結晶はダイアモンドとシリコンの中間的な性質を持ちます。この人工的な物質は近年、研磨材、耐火物、発熱体、さらに半導体として電子素子の素材にもなっています。

4H-Si結晶の結晶面0001にはSiが配列し、0001面には炭素が配列しています。異なる原子がグラフェンの下層にある場合に、摩擦力はどのような影響をうけるかを観察してみました。

Fig.1、Fig.2はそれぞれSi面上および炭素面上のエピタキシャルグラフェンの摩擦力マッピング結果です。Nanosurf FlexAxiomで測定した結果をTetraX LFMCによって水平力を補正しています。測定間の水平力の誤差は3％に抑えられました。また、Si表面のグラフェン(Fig.1)から得られた摩擦係数は0.01でした。いっぽう、炭素面上のグラフェンの摩擦係数は0.02と見積もられました。

ナノメカニクス

ナノメカニクスはTetraX LFMCが役に立つアプリケーションです。たとえば、ナノスケールで形成させたナノピラーに加える正確な水平力を制御できます。

AFMプローブによって正確に制御された剪断力によってナノピラーを剥落させることも可能です。

参考文献

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Jarzabek D.M., Kaufmann A.N., Schift H., Rymuza Z., Jung T.A., Elastic modulus and fracture strength evaluation on the nanoscale by scanning force microscope experiments, NANOTECHNOLOGY, Vol.25, pp.1-9, 2014

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