利哈伊大学 信用:ACS 一种新的纳米材料显微镜方法被称为脉冲力开尔文探针力显微镜，允许在单程原子力显微镜扫描中对功函数和表面电势进行小于10纳米的测量
该发现发表在《美国化学学会纳米》和《天使化学国际版》的两篇相关文章中
随着技术的萎缩，表征非常小的材料(以纳米(1纳米=十亿分之一米)为单位)的特性的需求变得越来越重要
从1纳米到20纳米的纳米材料显示出在下一代电子设备、太阳能电池、激光技术、化学和生物传感器等方面的应用前景
按比例来说，人类头发的宽度是75，000纳米
为了了解纳米材料的表面电位，最常用的纳米科学工具是开尔文探针力显微镜(KPFM)，这是一种基于原子力显微镜(AFM)的技术，用于测量功函数和表面电位
不幸的是，由于使用交流电压为原子力显微镜探针充电，该方法有其局限性
利哈伊大学化学系助理教授·许解释说:“每种KPFM技术都采用相同的测量模式:交流电压用于给原子力显微镜探针完全充电，从而产生可检测的静电力用于图像采集。”
“由于电荷并不局限于原子力显微镜探针的顶点，因此用电荷使探针过载会限制空间分辨率
相反，多余的电荷占据了整个悬臂并对信号有贡献
" 现在，徐和他的研究生德文·S
雅各布引入了一种全新的基于费米能级排列的测量范式
虽然传统的KPFM方法产生的图像具有30至100纳米的空间分辨率，但徐研究小组的新方法，称为脉冲力开尔文探针力显微镜(PF-KPFM)，允许在单程原子力显微镜扫描中对功函数和表面电势进行小于10纳米的测量
他们的发现发表在《美国化学学会纳米》的一篇文章中:“脉冲力开尔文探针力显微镜
" “在脉冲力开尔文探针力显微镜中，我们通过在尖端和样品之间实现场效应晶体管的定制电路来消除对交流电压的需要，该电路充当二元开关，”徐说
“当开关打开时，电路就像一根简单的电线，允许电荷在尖端和样品之间通过
基于其固有费米能级的相对差异，少量电荷在针尖和样品之间自发迁移
当开关关闭时，电路不允许电荷通过，并作为电容器从尖端和样品区重新吸收电荷
" 根据徐的说法，PF-KPFM也只在脉冲力模式下工作
他说，通过使用脉冲力模式，可以在非常小的尖端-样本距离上精确地获得PF-KPFM测量，在那里，电作用力很大，从而可以揭示小样本的不均匀性
“下一个合理的步骤是将PF-KPFM与峰值力红外()显微术相结合，这是我们实验室发明的一种红外成像技术，因为这两种技术都使用脉冲力模式，”徐说
由此产生的技术名为PFIR-KPFM，提供地形、机械、化学和电气信息，网址为 因此，研究人员称，除了在单程原子力显微镜扫描中测量纳米材料电势方面取得显著改进之外，粒子滤波-等离子体荧光显微镜还可以与(PFIR)显微镜结合用于高通量相关测量
这个后续研究在一篇文章《峰值力红外？开尔文探针力显微镜”，即将在Angewandte Chemie国际版
“脉冲力KPFM是第一个真正实现AFM脉冲力模式用于纳米尺度表面电位表征的KPFM技术，也是第一个将KPFM技术与同时红外检测结合在一起的扫描，”徐说
研究人员称，准确测量材料纳米电特性的重要性在学术界和工业界都具有深远的意义
由于半导体器件的尺寸越来越小，功率因数校正技术可能对技术公司特别有帮助，因为功率因数校正技术的高空间分辨率揭示了对于其他功率因数校正技术来说太小的特征
同样，他们说，PFIR-KPFM将有助于揭示实验室制造的太阳能电池组件的化学异质性、结构和电特性之间的相关性
“最终，”徐说，“我们希望我们的发明将为新材料的表征打开大门，并有助于为更高效的能源相关设备铺平道路。”
" 徐的研究小组开发了新的方法和仪器，用于纳米级的化学测量和成像 徐获2020年度斯隆研究员
这个声望很高的奖项，由阿尔弗雷德·P
斯隆基金会将徐列为“当今最有前途的科研工作者”
此外，被提名为贝克曼青年研究员，获得阿诺德和梅布尔·贝克曼基金会颁发的声望很高的奖项，表彰“化学和生命科学学术生涯早期最有前途的年轻教师”
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