Dual actuation for lateral nanopositioning in atomic force microscopes

Abstract

Rasterkraftmikroskope (AFMs, engl. Atomic Force Microscopes) sind weitverbreitete Hilfsmittel um sowohl Oberflächentopographien, als auch Materialeigenschaften im Nanometerbereich untersuchen zu können. Diese werden, bei der Steigerung der Scangeschwindigkeit, jedoch mit verschiedenen technischen Limitierungen konfrontiert, die eine Weiterentwicklung der jeweiligen Grundkonzepte des Rasterkraftmikroskops erfordern. Das Konzept der präsentierten Überaktuation, sieht eine Vereinigung zweier Aktuatoren unterschiedlicher Charakteristiken vor, mit dessen Hilfe angeregte Resonanzen im System vermieden werden können. Dies ermöglicht eine Steigerung der lateralen Scangeschwindigkeit bei gleichzeitiger Vermeidung von Bildartefakten. Das überaktuierte System beeinhaltet zwei mechanisch getrennte Piezoaktuatoren deren Resultate eine Steigerung der Scangeschwindigkeit gegenüber eines Standard-AFM-Systems zeigen.

Atomic force microscopes (AFMs) have become a widely used instrument for imaging topography and determining material and surface properties at nanometer scale. They are limited regarding their scan speed which demands various methods to overcome this limitation. The concept of the presented dual actuated system is that the combination of two actuators with different characteristics are able to avoid excitation of resonances in the scanner. This allows to increase the lateral scan speed while preventing artifacts in the scan image of the sample surface. The dual actuated system is designed with two mechanically separated piezo actuators and the results confirm the ability to act as a valuable extension of a standard AFM.