作者: 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2019/11/1 10:16:17
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华东师大实现液相高分辨扫描探针电学显微成像

 

华东师范大学物理与电子科学学院教授胡志高团队在实用化扫描探针显微技术电解液溶液下电学成像领域取得一系列重要进展,实现了稳定可靠的高空间分辨、高灵敏度压电力显微镜液下成像。该系列成果近日发表于《物理评论应用》和《纳米技术》。

扫描探针显微镜(SPM)已经成为当今材料和物理领域的核心探测技术之一,同时也在能源转换、电生理以及生物压电传感系统等领域发挥重要作用。然而,传统导电探针在溶液中复杂的电学和电化学效应,使得SPM成像技术应用于溶液中的电学测量举步维艰。因此,该技术在纳米尺度实现导电溶液环境中的电学探测,仍需要同时解决优化探针设计、高空间分辨力、高测量灵敏度和澄清物理机理等科学和技术问题。

为此,研究团队聚焦于上述导电液体环境下的电学显微表征难题和挑战,提出了SPM中压电力显微(PFM)成像的新方法和新效应,发展了电解液下纳米级分辨的非破坏性间接接触PFM成像新技术,详细呈现了电学成像中,针尖周围在不同阴阳离子电解液中的复杂电势分布和电场屏蔽效应。研究数据表示,在低浓度溶液环境下的探测呈现出比大气中更高的空间分辨率和信噪比,在多种电解液中均得到了小于20 nm的高分辨机电耦合成像。

力是原子力显微镜成像系统的灵魂。探针在液体环境中避免了毛细作用对成像的不良影响,更好地控制了探针尖端力的大小,使驱动信号聚焦于样品被测区域进而得到高分辨数据。随着该技术未来在生物压电领域的推广,活体组织或细胞要求扫描探针处在非接触模式或保持非常小的接触成像力。因此,研究人员进一步总结探针作用力对成像分辨率的规律,实现间接接触式探测和在电解液环境下测试过程中极小力稳定成像的能力,十分有利于实现无损探测。

胡志高表示,该系列工作为扫描探针显微镜技术在导电溶液环境中高空间分辨率电学成像的发展、以及推广其应用于生物和半导体等交叉学科课题打下了重要基础。理论模拟和实验结果的一致性也为进一步发展扫描探针电学成像技术提供了新思想。

相关论文信息:

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.034006

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.054037

https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab0866

 
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