華東師大實現液相高分辨掃描探針電學顯微成像—新聞—科學網

2021-01-09 科學網

 

華東師範大學物理與電子科學學院教授胡志高團隊在實用化掃描探針顯微技術電解液溶液下電學成像領域取得一系列重要進展，實現了穩定可靠的高空間分辨、高靈敏度壓電力顯微鏡液下成像。該系列成果近日發表於《物理評論應用》和《納米技術》。

掃描探針顯微鏡（SPM）已經成為當今材料和物理領域的核心探測技術之一，同時也在能源轉換、電生理以及生物壓電傳感系統等領域發揮重要作用。然而，傳統導電探針在溶液中複雜的電學和電化學效應，使得SPM成像技術應用於溶液中的電學測量舉步維艱。因此，該技術在納米尺度實現導電溶液環境中的電學探測，仍需要同時解決優化探針設計、高空間分辨力、高測量靈敏度和澄清物理機理等科學和技術問題。

為此，研究團隊聚焦於上述導電液體環境下的電學顯微表徵難題和挑戰，提出了SPM中壓電力顯微（PFM）成像的新方法和新效應，發展了電解液下納米級分辨的非破壞性間接接觸PFM成像新技術，詳細呈現了電學成像中，針尖周圍在不同陰陽離子電解液中的複雜電勢分布和電場屏蔽效應。研究數據表示，在低濃度溶液環境下的探測呈現出比大氣中更高的空間解析度和信噪比，在多種電解液中均得到了小於20 nm的高分辨機電耦合成像。

力是原子力顯微鏡成像系統的靈魂。探針在液體環境中避免了毛細作用對成像的不良影響，更好地控制了探針尖端力的大小，使驅動信號聚焦於樣品被測區域進而得到高分辨數據。隨著該技術未來在生物壓電領域的推廣，活體組織或細胞要求掃描探針處在非接觸模式或保持非常小的接觸成像力。因此，研究人員進一步總結探針作用力對成像解析度的規律，實現間接接觸式探測和在電解液環境下測試過程中極小力穩定成像的能力，十分有利於實現無損探測。

胡志高表示，該系列工作為掃描探針顯微鏡技術在導電溶液環境中高空間解析度電學成像的發展、以及推廣其應用於生物和半導體等交叉學科課題打下了重要基礎。理論模擬和實驗結果的一致性也為進一步發展掃描探針電學成像技術提供了新思想。

相關論文信息：

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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