Bimodal atomic force microscopy
بموڈل ایٹمک فورس مائکروسکوپی (بموڈل اے ایف ایم) ایک جدید ایٹمک فورس مائکروسکوپی تکنیک ہے جس کی خصوصیت مادی خصوصیات کے اعلی مقامی ریزولوشن کے نقشے تیار کرنا ہے۔ ٹپوگرافی، اخترتی، لچکدار ماڈیولس، وسکوسیٹی گتانک یا مقناطیسی میدان کے نقشے تیار کیے جا سکتے ہیں۔ بموڈل اے ایف ایم ایک قوت خوردبین مائکروکینٹیلیور کے دو آئجن موڈز (گونج) کے بیک وقت جوش و خروش اور پتہ لگانے پر مبنی ہے۔ تاریخ عددی اور نظریاتی تحفظات نے بموڈل اے ایف ایم کی ترقی کو تحریک دی۔ یہ طریقہ ابتدائی طور پر ہوا کے ماحول میں ٹپوگرافک تضاد کو بڑھانے کے لیے سوچا گیا تھا۔ اس کے بعد کی تین پیش رفت جیسے کہ غیر ٹوپوگرافی خصوصیات جیسے الیکٹروسٹیٹک اور مقناطیسی تعاملات کا پتہ لگانے کی صلاحیت ؛ مائع اور الٹرا ہائی ویکیوم میں امیجنگ اور اس کی حقیقی مقداری خصوصیات نے مزید پیشرفتوں اور ایپلی کیشنز کے لیے مرحلہ طے کیا۔ بموڈل اے ایف ایم کے اصول نمونے کے ساتھ نوک کا تعامل پرجوش طریقوں کے طول و عرض، مرحلے کی شفٹوں اور تعدد گونج کو تبدیل کرتا ہے۔ ان تبدیلیوں کا پتہ لگایا جاتا ہے اور آلہ کے فیڈ بیک کے ذریعے ان پر کارروائی کی جاتی ہے۔ کئی خصوصیات بموڈل اے ایف ایم کو نینو اسکیل پر سطح کی خصوصیت کا ایک بہت طاقتور طریقہ بناتی ہیں۔ (1) حل۔ جوہری، سالماتی یا نینو اسکیل مقامی ریزولوشن کا مظاہرہ کیا گیا۔ (2) بیک وقت۔ مختلف خصوصیات کے نقشے ایک ہی وقت میں تیار کیے جاتے ہیں۔ (3) کارکردگی۔ مادی جائیداد کے نقشے بنانے کے لیے فی پکسل زیادہ سے زیادہ چار ڈیٹا پوائنٹس کی ضرورت ہوتی ہے۔ (iv) رفتار۔ تجزیاتی حل مشاہدہ کو مادی خصوصیات سے جوڑتے ہیں۔ ترتیبات اے ایف ایم میں، فیڈ بیک لوپس ایک مقررہ قدر کو ٹپ کے ارتعاش کا ایک پیرامیٹر رکھ کر خوردبین کے عمل کو کنٹرول کرتے ہیں۔ اگر مرکزی فیڈ بیک لوپ طول و عرض کے ساتھ کام کرتا ہے، تو اے ایف ایم موڈ کو طول و عرض ماڈیولیشن (اے ایم) کہا جاتا ہے۔ اگر یہ فریکوئنسی شفٹ کے ساتھ کام کرتا ہے، تو اے ایف ایم موڈ کو فریکوئنسی ماڈیولیشن (ایف ایم) کہا جاتا ہے۔ بموڈل اے ایف ایم کو کئی فیڈ بیک لوپس کے ساتھ چلایا جا سکتا ہے۔ یہ مختلف قسم کے بموڈل ترتیبات کو جنم دیتا ہے۔ ترتیبات کو اے ایم-اوپن لوپ، اے ایم-ایف ایم، ایف ایم-ایف ایم کہا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، بموڈل اے ایم-ایف ایم کا مطلب ہے کہ پہلا موڈ ایمپلیٹیوڈ ماڈیولیشن لوپ کے ساتھ چلایا جاتا ہے جبکہ دوسرا موڈ فریکوئنسی ماڈیولیشن لوپ کے ساتھ چلایا جاتا ہے۔ حساسیت، سگنل سے شور کے تناسب یا پیچیدگی کے لحاظ سے ترتیبات مساوی نہیں ہو سکتی ہیں۔ آئیے AM-FM ترتیب پر غور کریں۔ پہلا موڈ آزاد طول و عرض (کوئی تعامل نہیں) تک پہنچنے کے لیے پرجوش ہے اور اس کے طول و عرض اور فیز شفٹ کی تبدیلیوں کو لاک ان یمپلیفائر کے ذریعے ٹریک کیا جاتا ہے۔ مرکزی فیڈ بیک لوپ ٹپ عمودی پوزیشن (اے ایم) میں ترمیم کرکے ایک مخصوص سیٹ پوائنٹ پر طول و عرض کو مستقل رکھتا ہے۔ نینو مکینیکل نقشہ سازی کے تجربے میں، اسے 90 ڈگری سے نیچے رکھنا چاہیے، یعنی اے ایف ایم کو پسپا نظام میں چلایا جاتا ہے۔ اسی وقت، ایک ایف ایم لوپ دوسرے آئجن موڈ پر کام کرتا ہے۔ فیز لاک لوپ دوسرے موڈ کی فیز شفٹ کو 90 ڈگری پر رکھ کر ایکسائٹیشن فریکوئنسی کو منظم کرتا ہے۔ طول و عرض کو مستقل رکھنے کے لیے ایک اضافی فیڈ بیک لوپ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ نظریہ بموڈل اے ایف ایم آپریشن کا نظریہ کئی پہلوؤں پر مشتمل ہے۔ ان میں، پرجوش طریقوں کی مساوات، نوک پر کام کرنے والی تعامل قوتوں کی قسم، ڈیموڈولیشن طریقوں کا نظریہ یا محدود سائز کے اثرات کے تعارف کے لحاظ سے مسلسل کینٹیلیور بیم کی یولر-برنولی مساوات کو ظاہر کرنے کے تخمینے۔ مختصرا، اے ایف ایم میں ٹپ کی نقل مکانی کا تخمینہ ایک پوائنٹ ماس ماڈل کے ذریعے لگایا جاتا ہے، جہاں،،،، اور ہیں، بالترتیب، ڈرائیونگ فریکوئنسی، فری ریزونینٹ فریکوئنسی، کوالٹی فیکٹر، سختی، آئی-تھ موڈ کی ڈرائیونگ فورس، اور ٹپ-سیمپل انٹرایکشن فورس۔ بموڈل اے ایف ایم میں، ٹپ (انحراف) کی عمودی حرکت کے دو اجزاء ہوتے ہیں، ایک ہر موڈ کے لیے، جس میں، جامد کے طور پر، پہلا، اور دوسرا موڈ انحراف ؛، اور بالترتیب، موڈ i کا طول و عرض، تعدد اور فیز شفٹ ہیں۔ وہ نظریہ جو بموڈل اے ایف ایم آبزرویبلز کو مادی خصوصیات میں تبدیل کرتا ہے، پرجوش طریقوں کی حرکت کے مساوات پر وائریل اور توانائی کی کھپت کے نظریات کو لاگو کرنے پر مبنی ہے۔ مندرجہ ذیل مساوات اخذ کی گئی تھیں جہاں ایک ایسا وقت ہوتا ہے جب دونوں طریقوں کا ارتعاش وقتا فوقتا ہوتا ہے۔ موڈ کا کوالٹی فیکٹر یعنی بموڈل اے ایف ایم آپریشن میں آئجن موڈز کا کوئی بھی جوڑا شامل ہو سکتا ہے۔ تاہم، تجربات عام طور پر پہلے دو آئجن موڈز کو دلچسپ بنا کر کیے جاتے ہیں۔ بموڈل اے ایف ایم کا نظریہ خوردبین مشاہدہ کے ساتھ مادی خصوصیات کو جوڑنے کے لیے تجزیاتی تاثرات فراہم کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک پیرابولائڈ تحقیقات (رداس) اور لکیری وسکویلسٹک کیلون-ووئگٹ ماڈل کے ذریعہ دی گئی ٹپ-سیمپل فورس کے لیے، نمونے کا موثر لچکدار ماڈیولس، کمپریسبلٹی کا چپچپا گتانک، نقصان ٹینجینٹ یا ریٹرڈیشن ٹائم کا اظہار اس طرح کیا جاتا ہے۔ لچکدار ماڈیولس مندرجہ بالا مساوات سے حاصل کیا جاتا ہے۔ ہیماکر مستقل اور فیرومیگنیٹک نمونے کے مقناطیسی پیرامیٹرز کے تعین کے لیے دیگر تجزیاتی تاثرات تجویز کیے گئے تھے۔ ایپلی کیشنز بموڈل اے ایف ایم کا اطلاق مختلف قسم کی سطحوں اور انٹرفیس کی خصوصیت کے لیے کیا جاتا ہے۔ کچھ ایپلی کیشنز مقامی ریزولوشن کو بڑھانے کے لیے بموڈل آبزرویبلز کی حساسیت کا استحصال کرتی ہیں۔ تاہم، بموڈل اے ایف ایم کی مکمل صلاحیتوں کو مادی خصوصیات کے مقداری نقشوں کی تخلیق میں دکھایا گیا ہے۔ اس حصے کو حاصل شدہ مقامی ریزولوشن، جوہری پیمانے یا نینو اسکیل کے لحاظ سے تقسیم کیا گیا ہے۔ الٹرا ہائی ویکیوم میں گرافین، سیمی کنڈکٹر کی سطحوں اور جذب شدہ نامیاتی مالیکیولز کی جوہری اور سالماتی پیمانے پر ریزولوشن والی جوہری پیمانے کی امیجنگ حاصل کی گئی۔ پروٹین پر بننے والی ہائیڈریشن تہوں کی اینگسٹروم ریزولوشن تصاویر اور دھاتی نامیاتی فریم ورک کے ینگ کے ماڈیولس نقشے، جامنی جھلی اور ایک لپڈ دو پرت آبی حلوں میں رپورٹ کی گئیں۔ میٹریل پراپرٹی ایپلی کیشنز بموڈل اے ایف ایم بڑے پیمانے پر میٹریل پراپرٹیز، خاص طور پر مکینیکل پراپرٹیز کے ہائی اسپاٹیل ریزولوشن نقشے فراہم کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ پولیمر، ڈی این اے، پروٹین، پروٹین فائبر، لپڈ یا 2 ڈی مواد کے لچکدار اور/یا وسکویلسٹک پراپرٹی کے نقشے تیار کیے گئے تھے۔ غیر میکانکی خصوصیات اور تعاملات بشمول کرسٹل مقناطیسی گارنیٹ، الیکٹروسٹیٹک تناؤ، سپر پیرا مقناطیسی ذرات اور ہائی ڈینسٹی ڈسک کی بھی نقشہ سازی کی گئی۔ مقداری پراپرٹی میپنگ کے لیے پرجوش طریقوں کے قوت مستقل کی انشانکن کی ضرورت ہوتی ہے۔ حوالہ جات اسکیننگ تحقیقات خوردبین بین سالماتی قوتیں سائنسی تکنیک