如果你已經(jīng)看過(guò)我上一篇介紹低電流STM成像的短文[i]，那么那些HOPG上鈷和鎳八乙基卟啉（CoOEP 和NiOEP）自組裝二維晶格子的高分辨STM圖像一定會(huì)令你印象深刻。Roger也是一樣，在看到那些圖片之后，他向我建議可以嘗試使用Cypher AFM的輕敲模式（調(diào)幅AC模式）來(lái)代替STM觀察CoOEP的?晶格，因?yàn)槲覀冎繡ypher AFM在空氣中的成像質(zhì)量相當(dāng)穩(wěn)定。

當(dāng)我把這個(gè)想法告訴Kerry Hipps教授時(shí)，他第一反應(yīng)是“這不可能！”。我接著跟他說(shuō)：?“我非常確定這個(gè)是可行的?！?好吧，我承認(rèn)我的倔強(qiáng)和執(zhí)著，所以無(wú)論如何，我都要嘗試一下這個(gè)“瘋狂”的想法。我選擇了一個(gè)尖銳，敏捷，硬度中等，懸臂為硅材料的鍍金探針（FS-1500AuD探針）。 它的針尖半徑為Rtip?= 10± 2 nm，空氣中的共振頻率為fair≈1.5MHz，彈性系數(shù)為k≈6N / m。您也可以在我們的探針庫(kù)找到它.當(dāng)我將針尖接近樣品表面時(shí)，樣品表面的苯基辛烷薄層會(huì)立即吸附在探針懸臂上（見圖1）。在這樣一種氣相-液相混合振蕩介質(zhì)中，針尖的共振頻率會(huì)立即降到0.66 MHz。這種情況下的溶液需要大約10分鐘之后才達(dá)到平衡，而在此之后，即使探針在表面移動(dòng)也不會(huì)再次影響到溶液的穩(wěn)定性。

圖1. 苯基辛烷/ HOPG界面處干涉條紋的時(shí)間序列圖像。這些圖像是通過(guò)Cypher ES頂視光學(xué)系統(tǒng)捕獲的。當(dāng)溶液吸附到AFM懸臂上時(shí)，苯基辛烷彎月面起到衍射器的作用而產(chǎn)生出干涉條紋。

由于BlueDrive出色的光熱激發(fā)穩(wěn)定性，在平衡溶液中調(diào)諧懸臂后，我能夠?qū)⒆杂沈?qū)動(dòng)振幅和設(shè)定點(diǎn)分別穩(wěn)定在~1.44 nm（90 mV）和~0.34 nm（21 mV）[iii] 。瞧瞧圖2中的圖像，CoOEP晶格漸漸在視野中顯現(xiàn)出來(lái)，這里觀察到的的~1.4 nm的晶格的分子間距和預(yù)期的理論值一摸一樣！我向 Hipps教授展示了這組圖片，他不得不驚嘆地說(shuō)一句 “Wow！”

圖2. 低振幅輕敲模式下CoOEP的分子晶格分辨率圖像。 （A）掃描邊長(zhǎng)為100 nm。 （B）沿（A）中的白線的截面，從中可以清楚的觀察到CoOEP分子有規(guī)則間隔。 （C）掃描邊長(zhǎng)為100nm 的3D圖像。

將圖2繼續(xù)放大后（見圖3），我確信自己可以在一部分相位圖中看到卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)。您可能會(huì)注意到的是，相比上一篇短文中的STM圖像，這里的測(cè)量結(jié)果似乎對(duì)樣品表面的污染更加敏感。我們可以看到樣品表面上有一些無(wú)定形的團(tuán)聚物，這些污染物會(huì)和掃描過(guò)程中的針尖相互作用，使掃描的圖像發(fā)生了一些變化。這意味著在AFM測(cè)量之前，您務(wù)必對(duì)樣品表面，探針和探針支架進(jìn)行全方位的清潔。

圖3.在輕敲模式下CoOEP晶格的AFM放大圖像。 （A）掃描邊長(zhǎng)為20納米的形貌圖。 （B）掃描邊長(zhǎng)為20納米的相位圖。注意卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)在圖像的上部清晰可見。

這些數(shù)據(jù)讓我想起了紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的Rob Atkin教授，諾丁漢大學(xué)的Peter Beton教授和南京大學(xué)的王欣然教授曾經(jīng)發(fā)表的一些關(guān)于使用Cypher 在大氣環(huán)境下進(jìn)行的AFM的研究 [iv-vi]。這里我來(lái)具體介紹一下這些研究的成果。第一項(xiàng)研究[iv]闡明了在恒電位控制偏壓下石墨（HOPG）表面的離子液體（EMIm + TFSI-）的納米結(jié)構(gòu)（見圖4A）。此外，施加的偏壓在開路電位附近有規(guī)律地變化，同時(shí)分子Stern層作為偏壓的函數(shù)（以及離子組分的函數(shù)，例如Li +和Cl-）進(jìn)行了重新整合。第二項(xiàng)研究[v]主要集中在觀察吸附在六方氮化硼（hBN）和其他樣品表面上的5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）的超分子結(jié)構(gòu)，及分析該吸附現(xiàn)象對(duì)TCPP分子的光電子特性的影響。圖4B顯示了hBN上TCPP的正方晶格結(jié)構(gòu)。第三項(xiàng)研究[vi]探討了HOPG和hBN上高流動(dòng)性的二辛基苯并噻吩并苯并噻吩（C8-BTBT）的少層二維分子晶體的范德瓦爾外延結(jié)構(gòu)，這種材料可用于實(shí)現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)效晶體管。圖4C顯示了在hBN上生長(zhǎng)的C8-BTBT晶格的高分辨率形貌。
圖4. 2D分子晶格的AFM成像。 （A）吸附在HOPG基片上的純EMIm + TFSI-Stern層的相位圖; 掃描邊長(zhǎng)為30nm，在塊體EMIm + TFSI-離子液體中成像（參見參考文獻(xiàn)[iv]）。 （B）組裝在hBN基片上的TCPP的正方晶格的形貌圖像; 掃描邊長(zhǎng)為50nm，在空氣中成像（參見參考文獻(xiàn)[v]）。 （C）在hBN基片上生長(zhǎng)的C8-BTBT晶格的形貌圖像; 掃描邊長(zhǎng)為10nm，在空氣中成像（參見參考文獻(xiàn)[vi]）。

References

[i] April Current Amplifiers Bring May Ultra-Low-Current STM

[ii] Learn more about Cypher here: (a) Learn more about blueDrive at and at

(b) A. Labuda, K. Kobayashi,

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2014, 5:5162, 1–7. 轉(zhuǎn)載文章前請(qǐng)與牛津儀器聯(lián)系，未獲許可謝絕轉(zhuǎn)載，謝謝。