分子分辨率成像的AFM vs. STM

你可能看过我之前的笔记[我]关于八乙基卟啉钴和八乙基卟啉镍(分别为CoOEP和NiOEP)自组装二维晶格在HOPG上的低电流STM成像。在看到这些图像的分辨率后，Roger向我建议，由于Cypher的稳定性，可以使用敲击模式AFM(调幅AC模式)而不是STM来看到CoOEP晶格(二)．

当我转达这个想法时，克里·希普斯教授回答说:“这根本行不通。”“我敢肯定。”

好吧，我很固执，所以我还是决定试一试。我选择了FS-1500AuD探头——一种锋利、快速、中等硬度、镀金硅杠杆(名义上，R_提示= 10±2 nm，f_空气≈1.5 MHz, k≈6 N/m)，您可以在我们的探针商店．当我把探针的尖端接触表面时，苯罗辛烷的薄层就会浮到探针的悬臂上(见图1)，因此在混合气液振荡介质中，谐振频率立即下降到0.66 MHz。这个糟糕的溶液花了大约10分钟才达到平衡，在此之后，即使我在表面上移动，它也很稳定。

图1。苯罗辛烷/HOPG界面干涉条纹的时间序列图像。这些图像是通过Cypher ES topview光学器件捕获的，当溶液向上进入AFM悬臂时，苯罗辛烷半月板作为衍射器产生条纹。

在平衡溶液中调整悬臂梁后，我能够保持稳定的自由驱动振幅~1.44 nm (90 mV)和设置值~0.34 nm (21 mV)，这要归功于blueDrive光热激发的异常稳定性[3]．你瞧，CoOEP晶格出现了，预期的分子间距为~1.4 nm!在我把照片给他看之后图2在美国，希普斯教授只能说:“哇。”

图2。CoOEP的低振幅攻丝模式分子晶格分辨率。(一)100纳米测量扫描。(B)线条沿白线描摹在(一)显示CoOEP分子的规则间距。(C) 100 nm图像的三维渲染，用于透视。

放大后(图3)，我说服自己，我可以看到卟啉环结构的相位图像的一部分。您可能会注意到，与上一个注释中的STM图像相比，测量结果对污染更加敏感。我们在图像表面看到一些无定形的glob，以及由于尖端-glob相互作用而在扫描过程中发生的变化。这仅仅意味着在AFM测量之前，你必须格外勤奋地清洁你的样品、探针和探针支架。

图3。放大敲击模式AFM图像的CoOEP晶格。(一)高度地形;20nm扫描。(B)阶段;20nm扫描。注意图上半部分明显可见卟啉环结构。

这些数据让我想起了一些AFM研究(iv-vi)Rob Atkin教授(纽卡斯尔大学)、Peter Beton教授(诺丁汉大学)和王欣然教授(南京大学)在环境条件下使用Cypher。第一项研究(四)阐明了离子液体(EMIm)的纳米结构⁺TFSI^{- - - - - -})在石墨(HOPG)表面的恒电位控制偏置下(见图4一)．此外，施加的偏置围绕开路电位系统地变化，分子斯特恩层作为偏置(以及离子组分，如Li)的函数重新组织⁺和Cl^{- - - - - -})．第二项研究[v]研究了5、10、15、20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)吸附在六方氮化硼(hBN)等表面上的超分子结构以及吸附对TCPP分子光电性能的影响。图4 b为TCPP在hBN上的方形晶格结构。第三项研究(六)研究了高迁移率二辛基苯并噻吩少层二维分子晶体的van der Waals外延₈-BTBT)在HOPG和hBN上的有机场效应晶体管应用万博电脑网页版登录。图4 c为生长在hBN上的C8-BTBT晶格的高分辨率形貌。

图4。二维分子晶格的AFM成像。(一)纯EMIm的相位图像⁺TFSI^{- - - - - -}Stern层吸附在HOPG衬底上;30nm扫描，批量EMIm成像⁺TFSI^{- - - - - -}离子液体(参见参考文献。(四))．(B)在hBN衬底上组装的TCPP方阵高度图像;50 nm扫描，在空气中成像(见参考文献。[v])．(C)C晶格的高度像₈-BTBT生长在hBN底物上;10纳米扫描，在空气中成像(见参考文献。(六))．

对于离子液体的成像，STM已成为标准的分析技术。AFM揭示了它们界面结构的新细节，很大程度上是因为作为一种环境技术，它避免了在超高真空下冻结离子液体单层所引起的传统伪像。STM也只适用于导电样品(许多材料不是)，因此高分辨率AFM为有趣的半导体和绝缘体纳米材料的表征提供了新的途径。亚纳米分子分辨率只属于STM的时代已经一去不复返了。很明显，像Cypher这样的下一代AFMs很容易达到这个分辨率领域，揭示了以前可能无法用STM观察到的纳米级特征。

参考文献

[我]四月电流放大器带来五月超低电流STM
[ii]了解更多关于Cypher: https://www.oxford-instruments.com/products/atomic-force-microscopy-systems-afm/asylum-research/high-resolution-fast-scanning-afm。
[iii] (a)了解更多关于blueDrive的信息https://afm.oxinst.com/bluedrive而在https://pdfs.semanticscholar.org/e807/9171fb282e6340f6813a0f6b8cee8b4bae74.pdf．(b) a . Labuda, K. Kobayashi, Y. Miyahara, P. Grütter，光热激发原子力显微镜在低Q环境下的清洁悬臂响应，科学仪器学报，2012 83,053703。https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4712286．
[iv]王晓明，杨晓明，王晓明，杨晓明，等，离子液体-石墨纳米层结构的研究进展，高分子材料学报，2015,29(4)，457 - 457。https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b02921．
[v]杨丽娟，杨丽娟，杨丽娟，氮化硼二维卟啉阵列的色度变化研究，化学工程学报，2015,29(5):457 - 457。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5b04443．
[vi]何丹东，张玉玉，吴启强，徐仁仁，南海红，刘俊杰，姚俊杰，王志生，袁少生，李玉玉，石玉玉，王金勇，倪志强，何磊，苗飞，宋飞，徐海辉，渡边宽，谷口泰，王志强。徐晓霞，王晓霞，二维准独立分子晶体的高性能有机场效应晶体管，自然通讯，2014,5:5162 - 7。https://www.nature.com/articles/ncomms6162．