Bimodal atomic force microscopy
બાયમોડલ એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (બાયમોડલ એ. એફ. એમ.) એ એક અદ્યતન અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપી તકનીક છે જે ભૌતિક ગુણધર્મોના ઉચ્ચ-અવકાશી રીઝોલ્યુશન નકશા ઉત્પન્ન કરીને વર્ગીકૃત થયેલ છે. ભૌગોલિક રચના, વિરૂપતા, સ્થિતિસ્થાપક માપાંક, સ્નિગ્ધતા ગુણાંક અથવા ચુંબકીય ક્ષેત્રના નકશા પેદા થઈ શકે છે. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. બળ માઇક્રોસ્કોપ માઇક્રોકેન્ટિલીવરના બે આઈગનમોડ (પ્રતિધ્વનિ) ની એક સાથે ઉત્તેજના અને શોધ પર આધારિત છે. ઇતિહાસ આંકડાકીય અને સૈદ્ધાંતિક વિચારણાઓએ બાયમોડલ એ. એફ. એમ. ના વિકાસને પ્રેરિત કર્યો. આ પદ્ધતિ શરૂઆતમાં હવાના વાતાવરણમાં ભૌગોલિક વિરોધાભાસને વધારવા માટે માનવામાં આવી હતી. પછીની ત્રણ પ્રગતિઓ જેમ કે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક અને ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ જેવા બિન-ટોપોગ્રાફી ગુણધર્મો શોધવાની ક્ષમતા; પ્રવાહી અને અતિ-ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશમાં ઇમેજિંગ અને તેની વાસ્તવિક માત્રાત્મક સુવિધાઓ વધુ વિકાસ અને કાર્યક્રમો માટે મંચ નક્કી કરે છે. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. ના સિદ્ધાંતો નમૂના સાથેની ટોચની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઉત્તેજિત સ્થિતિઓના કંપનવિસ્તાર, તબક્કાની પાળી અને આવર્તન પ્રતિધ્વનિમાં ફેરફાર કરે છે. તે ફેરફારો સાધનના પ્રતિસાદ દ્વારા શોધી કાઢવામાં આવે છે અને તેની પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. કેટલીક વિશેષતાઓ બાયમોડલ એ. એફ. એમ. ને નેનોસ્કેલ પર ખૂબ જ શક્તિશાળી સપાટી લાક્ષણિકતા પદ્ધતિ બનાવે છે. (i) ઠરાવ. અણુ, પરમાણુ અથવા નેનોસ્કેલ અવકાશી રીઝોલ્યુશન દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. (2) એક સાથે રહેવું. વિવિધ ગુણધર્મોના નકશા એક જ સમયે બનાવવામાં આવે છે. (3) કાર્યક્ષમતા. મટિરિયલ પ્રોપર્ટી નકશા બનાવવા માટે પિક્સેલ દીઠ મહત્તમ ચાર ડેટા પોઇન્ટની જરૂર પડે છે. (iv) ઝડપ. વિશ્લેષણાત્મક ઉકેલો અવલોકનને ભૌતિક ગુણધર્મો સાથે જોડે છે. રૂપરેખાંકનો એ. એફ. એમ. માં, પ્રતિક્રિયા લૂપ ટીપના ઓસિલેશનના માપદંડ તરીકે નિશ્ચિત મૂલ્ય રાખીને માઇક્રોસ્કોપની કામગીરીને નિયંત્રિત કરે છે. જો મુખ્ય પ્રતિસાદ લૂપ કંપનવિસ્તાર સાથે કામ કરે છે, તો એ. એફ. એમ. સ્થિતિને કંપનવિસ્તાર મોડ્યુલેશન (એ. એમ.) કહેવામાં આવે છે. જો તે ફ્રીક્વન્સી શિફ્ટ સાથે કામ કરે છે, તો એ. એફ. એમ. મોડને ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેશન (એફ. એમ.) કહેવામાં આવે છે. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. ને અનેક પ્રતિક્રિયા લૂપ્સ સાથે સંચાલિત કરી શકાય છે. આ વિવિધ બાયમોડલ રૂપરેખાંકનોને જન્મ આપે છે. આ રૂપરેખાંકનોને AM-ઓપન લૂપ, AM-FM, FM-FM કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બાયમોડલ AM-FM નો અર્થ એ છે કે પ્રથમ મોડ એમ્પ્લિટ્યુડ મોડ્યુલેશન લૂપ સાથે સંચાલિત થાય છે જ્યારે બીજો મોડ ફ્રિક્વન્સી મોડ્યુલેશન લૂપ સાથે સંચાલિત થાય છે. સંવેદનશીલતા, સંકેત-થી-અવાજ ગુણોત્તર અથવા જટિલતાની દ્રષ્ટિએ રૂપરેખાંકનો સમકક્ષ ન પણ હોઈ શકે. ચાલો AM-FM રૂપરેખાંકનને ધ્યાનમાં લઈએ. પ્રથમ મોડ મુક્ત કંપનવિસ્તાર (કોઈ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નહીં) સુધી પહોંચવા માટે ઉત્સાહિત છે અને તેના કંપનવિસ્તાર અને ફેઝ શિફ્ટના ફેરફારોને લોક-ઇન એમ્પ્લીફાયર દ્વારા ટ્રેક કરવામાં આવે છે. મુખ્ય પ્રતિસાદ લૂપ ટોચ ઊભી સ્થિતિ (AM) માં ફેરફાર કરીને ચોક્કસ સેટ-પોઇન્ટ પર કંપનવિસ્તારને સ્થિર રાખે છે. નેનોમિકેનિકલ મેપિંગ પ્રયોગમાં, તેને 90° થી નીચે રાખવો આવશ્યક છે, એટલે કે, એ. એફ. એમ. પ્રતિકારક શાસનમાં સંચાલિત થાય છે. તે જ સમયે, એફએમ લૂપ બીજા આઈગનમોડ પર કાર્ય કરે છે. ફેઝ-લોક-લૂપ બીજા મોડના ફેઝ શિફ્ટને 90° પર રાખીને ઉત્તેજના આવર્તનને નિયંત્રિત કરે છે. એમ્પ્લીટ્યુડ કોન્સ્ટન્ટ જાળવવા માટે વધારાના ફીડબેક લૂપનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. ઓપરેશનનો સિદ્ધાંત ઘણા પાસાઓને આવરી લે છે. તેમાંથી, સતત કેન્ટિલીવર બીમના યુલર-બર્નૌલી સમીકરણને ઉત્તેજિત સ્થિતિઓના સમીકરણો, ટોચ પર કામ કરતા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળોના પ્રકાર, ડિમોડ્યુલેશન પદ્ધતિઓનો સિદ્ધાંત અથવા મર્યાદિત-કદની અસરોની રજૂઆતના સંદર્ભમાં વ્યક્ત કરવાના અંદાજો. ટૂંકમાં કહીએ તો, એ. એફ. એમ. માં ટોચનું વિસ્થાપન એક બિંદુ-દળ મોડેલ દ્વારા અંદાજિત છે, જ્યાં,,,, અને અનુક્રમે છે, ડ્રાઇવિંગ આવર્તન, મુક્ત પ્રતિધ્વનિત આવર્તન, ગુણવત્તા પરિબળ, કઠોરતા, i-th મોડનું પ્રેરક બળ, અને ટીપ-નમૂના ક્રિયાપ્રતિક્રિયા બળ. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. માં, ટોચની ઊભી ગતિ (ડિફ્લેક્શન) માં બે ઘટકો હોય છે, દરેક સ્થિતિ માટે એક, જેમાં, સ્થિર તરીકે, પ્રથમ અને બીજી સ્થિતિ ડિફ્લેક્શન હોય છે; અને તે અનુક્રમે, સ્થિતિ i નું કંપનવિસ્તાર, આવર્તન અને તબક્કાની પાળી છે. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. અવલોકનોને ભૌતિક ગુણધર્મોમાં પરિવર્તિત કરતો સિદ્ધાંત ઉત્તેજિત સ્થિતિઓના ગતિના સમીકરણોમાં વાયરિયલ અને ઊર્જા અપવ્યય પ્રમેયોને લાગુ કરવા પર આધારિત છે. નીચેના સમીકરણો મેળવવામાં આવ્યા હતા જ્યાં એક એવો સમય હોય છે જ્યાં બંને સ્થિતિઓનું ઓસિલેશન સામયિક હોય છે; સ્થિતિના ગુણવત્તા પરિબળ એટલે કે બાયમોડલ એ. એફ. એમ. કામગીરીમાં આઈગનમોડની કોઈપણ જોડી સામેલ હોઈ શકે છે. જો કે, પ્રયોગો સામાન્ય રીતે પ્રથમ બે આઈગનમોડને ઉત્તેજીત કરીને કરવામાં આવે છે. બાયમોડલ એ. એફ. એમ. નો સિદ્ધાંત સૂક્ષ્મદર્શક અવલોકન સાથે સામગ્રીના ગુણધર્મોને જોડવા માટે વિશ્લેષણાત્મક અભિવ્યક્તિઓ પ્રદાન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પેરાબોલોઇડ પ્રોબ (ત્રિજ્યા) અને રેખીય વિસ્કોઇલાસ્ટિક કેલ્વિન-વોઇટ મોડેલ દ્વારા આપવામાં આવેલા ટિપ-સેમ્પલ બળ માટે, નમૂનાનું અસરકારક સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, સંકોચનક્ષમતાનો સ્નિગ્ધ ગુણાંક, નુકસાનની સ્પર્શક અથવા મંદતા સમય દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. સ્થિતિસ્થાપક માપાંક ઉપરના સમીકરણમાંથી મેળવવામાં આવે છે. હેમેકર અચળાંક અને લોહચુંબકીય નમૂનાના ચુંબકીય પરિમાણોના નિર્ધારણ માટે અન્ય વિશ્લેષણાત્મક અભિવ્યક્તિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી. એપ્લિકેશન્સ બાયમોડલ એ. એફ. એમ. નો ઉપયોગ વિવિધ પ્રકારની સપાટીઓ અને ઇન્ટરફેસોને લાક્ષણિકતા આપવા માટે થાય છે. કેટલીક એપ્લિકેશનો અવકાશી રીઝોલ્યુશનને વધારવા માટે બાયમોડલ ઓબ્ઝર્વેબલ્સની સંવેદનશીલતાનો ઉપયોગ કરે છે. જો કે, બાયમોડલ એ. એફ. એમ. ની સંપૂર્ણ ક્ષમતાઓ ભૌતિક ગુણધર્મોના માત્રાત્મક નકશાના નિર્માણમાં દર્શાવવામાં આવી છે. આ વિભાગ પ્રાપ્ત અવકાશી રીઝોલ્યુશન, અણુ-સ્કેલ અથવા નેનોસ્કેલની દ્રષ્ટિએ વહેંચાયેલો છે. અણુ અને મોલેક્યુલર-સ્કેલ રિઝોલ્યુશન ગ્રેફીન, સેમિકન્ડક્ટર સપાટીઓ અને શોષિત કાર્બનિક અણુઓનું અણુ-સ્કેલ ઇમેજિંગ અલ્ટ્રા હાઇ-વેક્યૂમમાં મેળવવામાં આવ્યું હતું. પ્રોટીન પર રચાયેલા હાઇડ્રેશન સ્તરોની એંગસ્ટ્રોમ-રીઝોલ્યુશન છબીઓ અને મેટલ-ઓર્ગેનિક ફ્રેમ વર્ક, જાંબલી પટલ અને લિપિડ બાયલેયરના યંગના મોડ્યુલસ નકશાને જલીય દ્રાવણમાં નોંધવામાં આવ્યા હતા. મટિરિયલ પ્રોપર્ટી એપ્લિકેશન્સ બાયમોડલ એ. એફ. એમ. નો ઉપયોગ વ્યાપકપણે મટિરિયલ ગુણધર્મોના ઉચ્ચ-અવકાશી રીઝોલ્યુશન નકશા પ્રદાન કરવા માટે થાય છે, ખાસ કરીને, યાંત્રિક ગુણધર્મો. પોલિમર, ડીએનએ, પ્રોટીન, પ્રોટીન ફાઇબર, લિપિડ અથવા 2ડી સામગ્રીના સ્થિતિસ્થાપક અને/અથવા વિસ્કોલાસ્ટિક ગુણધર્મના નકશા તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. સ્ફટિક ચુંબકીય ગાર્નેટ, ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક તાણ, સુપરપેરામેગ્નેટિક કણો અને ઉચ્ચ-ઘનતા ડિસ્ક સહિત બિન-યાંત્રિક ગુણધર્મો અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પણ મેપ કરવામાં આવી હતી. ક્વોન્ટિટેટિવ પ્રોપર્ટી મેપિંગ માટે ઉત્તેજિત સ્થિતિઓના બળ સ્થિરાંકોના કેલિબ્રેશનની જરૂર પડે છે. સંદર્ભો સ્કેનીંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપી ઇન્ટરમોલેક્યુલર ફોર્સીસ વૈજ્ઞાનિક તકનીકો