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掃碼關(guān)注視頻號
在納米科技的浪潮中，視頻級原子力顯微鏡以其良好的成像能力成為科研工作者的重要工具。然而，傳統(tǒng)的原子力顯微鏡一直面臨著一個技術(shù)瓶頸——掃描成像速度緩慢，這大大限制了其在快速動態(tài)過程研究和大范圍樣品掃描中的應(yīng)用。那么，科學(xué)家們是如何克服這一難題，讓原子力顯微鏡的速度得到飛躍性提升的呢？
原子力顯微鏡通過探針與樣品表面原子間的相互作用力來獲得樣品表面的形貌信息。傳統(tǒng)上，為了確保圖像的準(zhǔn)確性和分辨率，探針需要在樣品表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，這個過程往往耗時較長。
創(chuàng)新的快速掃描技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。一種方法是采用小振幅、高頻率的振動模式來驅(qū)動探針，這樣探針就能在每個振動周期內(nèi)采集更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)快速掃描。同時，通過優(yōu)化控制算法和反饋系統(tǒng)，使得探針能更快地響應(yīng)表面形貌的變化并作出調(diào)整。
進(jìn)一步地，一些研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于非線性效應(yīng)的高速成像技術(shù)。這些技術(shù)利用原子力顯微鏡探針與樣品相互作用時的非線性信號，可以在不損失分辨率的情況下顯著提高掃描速率。例如有研究者利用“跳模”現(xiàn)象，即探針在特定條件下會從一個共振頻率跳躍到另一個，這種跳躍包含了豐富的樣品信息，可以用于快速成像。
此外，并行化掃描策略也是提升速度的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的逐點(diǎn)掃描不同，一些新型原子力顯微鏡采用了多探針陣列，能夠同時對多個區(qū)域進(jìn)行掃描，或者使用分時復(fù)用技術(shù)，將單一探針的掃描路徑優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)大面積的快速成像。
當(dāng)然，硬件的改進(jìn)也至關(guān)重要。采用高性能的傳感器和執(zhí)行器，以及更加精細(xì)的機(jī)械控制系統(tǒng)，可以使得探針的運(yùn)動更加迅速和精準(zhǔn)，減少成像過程中的時間開銷。
隨著這些技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用，視頻級原子力顯微鏡的掃描速度已經(jīng)得到了極大的提升，為生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了更為高效的研究手段。如今，我們能夠在更短的時間內(nèi)獲得更高分辨率的圖像，這對于觀察和理解物質(zhì)的微觀世界具有重大意義。
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