Hendrik Hölscher, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1999 :

"Kontrastmechanismen in der Rasterkraftmikroskopie"

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Kurzfassung

 In der vorliegenden Arbeit werden die Kontrastmechanismen eines Rasterkraftmikroskops auf atomarer Skala untersucht. Die physikalischen Grundlagen, sowie die wichtigsten Meßmodi der Rasterkraftmikroskopie werden im ersten Kapitel vorgestellt. Der Kontrastmechanismus im Kontaktmodus der Rasterkraftmikroskopie auf atomarer Skala wird im zweiten Kapitel erklärt. Es wird ein Modell vorgestellt, das die Simulation von experimentellen Kraftkarten ermöglicht, die auf atomarer Skala erhalten wurden. Der Vergleich zwischen experimentellen und theoretischen Lateralkraftbildern zeigt, daß sich die Spitze auf der Probenoberfläche mit kleinen Sprüngen vorwärts bewegt. Wie am Beispiel der Graphit(0001)-, der beta-MoTe2(001)- und der LiF(001)-Oberfläche demonstriert wird, ist diese sogenannte "Stick-Slip"-Bewegung eine wesentliche Ursache für die begrenzte Auflösung der atomaren Struktur von Probenoberflächen. Im dritten Kapitel wird das Rasterkraftmikroskop als ein wichtiges Hilfsmittel der Nanotribologie vorgestellt. Die Geschwindigkeitsunabhängigkeit der mit einem Rasterkraftmikroskop gemessenen Reibungskräfte wird mit dem bereits entwickelten Modell erklärt. Die Auflösung eines Rasterkraftmikroskops kann im Ultrahochvakuum durch die Anwendung des dynamischen Modus wesentlich verbessert werden. Dieser Meßmodus wird im vierten Kapitel vorgestellt und untersucht. Zunächst wird erklärt, wie die Frequenzverschiebung, die Meßgröße dieses Modus, anhand verschiedener Methoden berechnet werden kann. Diese Möglichkeiten werden miteinander verglichen. Dann werden experimentelle Messungen der Frequenzverschiebung als Funktion des Cantilever-Proben-Abstandes für verschiedene Resonanzamplituden auf der Graphit(0001)-Oberfläche analysiert. Die Interpretation zeigt, daß sich auf dieser Oberfläche atomare Auflösung ohne physikalischen Kontakt zwischen Spitze und Probe erzielen läßt. Abschließend wird eine neue Methode vorgestellt, wie das Spitzen-Proben-Potential durch die Messung der Frequenzverschiebung als Funktion der Resonanzamplitude bestimmt werden kann.