原子間力顕微鏡は大気環境下で軽タップモードで動作する際、キャントileverと被試料間の距離が非常に小さいため、キャントリーバの振動により相応の圧膜ダンピングが発生し、キャントリーバの動的特性に影響を与えます。オイラー・ベルヌーイ梁方程式に基づいてキャントリーバ梁をモデル化し、レイノルズ方程式と組み合わせてキャントリーバの圧膜ダンピング効果の解析モデルを構築し、圧膜ダンピング効果の主要な影響因子を研究しました。さまざまな共振モードにおける圧膜ダンピング効果がキャントリーバの減衰係数および動的原子間力顕微鏡の測定特性に与える影響を分析し、多モード原子間力顕微鏡を用いた実験とテストを行いました。理論および実験結果は、空気圧膜ダンピングが基底共振モードの原子間力顕微鏡の測定特性に一定の影響を及ぼすことを示しています。試料が20〜2μmに接近する過程で、キャントリーバの品質係数は顕著に低下し、2つのキャントリーバ振幅はそれぞれ7.8％および20.6％減少し、キャントリーバの幅が大きくなると、圧膜ダンピングの影響も増加します。同じ実験条件下で、第2次共振モードではキャントリーバの品質係数および振幅に顕著な変化は見られません。基底共振モードにおける圧膜ダンピング効果はマイクロキャントリーバの品質係数を低下させ、原子間力顕微鏡の測定分解能の低下および測定速度の低下を引き起こします。多モード原子間力顕微鏡の高次共振モードは、空気圧膜ダンピング効果がキャントリーバの品質係数および測定特性に与える影響を著しく低減することができます。

原子間力顕微鏡;圧膜ダンピング;品質係数;高次共振