二重周波数共鳴追跡(DFRT)

用 途: PFM、圧電、強誘電材料、ナノメカニカル特性

多層薄膜とマルチフェロイック材料が薄くなるにつれて、減少した分極電圧に対する感度を高めるために、
共鳴増強測定の必要性が必要になります。バルク材料では固定低周波数でのロックイン測定が標準でしたが、
AFM センサの接触共振では、機械的または静電的励起に対するナノメカニカル応答が大幅に強化されます。
同じ Zurich Instruments ユニット内で、バイモーダル励起、サイドバンド検出、および振幅の違いに関する
PID フィードバックを、面内および面外のコンポーネント測定の両方で同時に利用できます。


目 的: 位相が反転するか、十分な感度を提供しない状況(低 Q)で共振を追跡する
利 点:
  • PLL の使用が不可能な場所で周波数追跡を実行する
  • 既存の SPM 顕微鏡への簡単なアドオン:センサのたわみ(検出)と
    バイアス電圧(駆動)のみにアクセスする必要がある
  • より速く、より効果的な測定
関連製品: HF2LIHF2LI-MFHF2LI-PIDHF2LI-MOD
UHFLIUHF-MFUHF-MODUHF-PID


メソッドの説明

ロックインアンプの内部にあるPIDコントローラーを使用して、共振周辺の周波数 f1 および f2
測定された2つの振幅の差を調整します。
差の大きさと符号を使用して、PID コントローラのエラー信号を計算し、
駆動周波数( f1 + f2 )/ 2 を変更できます。


HF2PLL THz 走査型近接場顕微鏡(SNOM)セットアップ


共振では、A1 と A2 の間に違いはなく、結果のエラー信号もありません。
上の図のように共振周波数が低下すると、A2' - A1' は負になり、駆動周波数が低下します。



LabOneはイメージングをサポート

LabOne データ収集は、 2次元プロットで測定されたパラメータを描写するために、
ピクセルのグリッドに測定されたサンプルを整列させるのに役立つグリッド・モードを備えています。
したがって、すべて同じユーザインターフェイス内で、実験パラメータを変更し、
すぐに別のタブで結果を確認することができます。
LabOne は、トリガされた方法で複数のチャンネルで最大 800 kSa / s までストリーミングできるため、
ビデオレート(8フレーム* 256* 256 ピクセル / 秒)までの画像取得に適しています。
取得した画像を SXM 形式で保存することもできます。

高度な DFRT

チューリッヒインスツルメンツの電子機器を使用した測定には、
標準的な PFM 取得に関して一連の利点があります。

基準 標準PFM HF2LI または UHFLI を使用した DFRT-PFM
バイアス変調
周波数
100 Hz から数 kHz 接触共振 (CR) または
その付近で最大50 / 600 MHz
周波数偏差 なし(静的周波数) 周波数トラッキング、共振時のロックイン測定の
基準周波数
複数の周波数

はい、最大2つの周波数
(2つのロックインまたは1つの HF2LI を使用)

はい、最大6つの周波数
または2つの接触共振
ロックイン測定 振幅と位相のシングルロックイン測定 搬送波および側波帯の振幅と位相
(合計 12 回の測定)
フィードバック
信号
なし(オープンループ) 側波帯振幅の差(A 2 - A 1
チューニング 手動チューニング、低い再現性 共振増強、SNR改善、面内および
面外寄与からのベクトル場再構成


画像リソース

DFRT を使用して LabOne グリッドモードを使用して作成された画像。
ワシントン大学、シアトルの Ehsan Esfahani のご厚意による画像。
画像は、DFRT モードの第4高調波応答を使用したナノ結晶 Sm ドープセリアサンプルで
測定された振幅と位相を示しています。そのようなサンプルは、
粒界近くのより高い濃度の可動種を示します。

画像リソース



DFRTのその他のアプリケーション

DFRT は、PFM と同じ原理に依存しているESM(電気化学的ひずみ顕微鏡法)にも使用できますが、
イオン電流によるひずみまたはSTIM(走査型熱イオン顕微鏡法)に敏感で、
熱振動によって生じるひずみを測定します。



References

  • Rodriguez et al., Nanotechnology, Volume 18, Number 47 (2007)
  • Tracking Resonance Frequency without Phase: the DFRT Method
  • DFRT-PFM workshop – INL Lyon
  • Workshop on Nanomechanics – Montpellier, France

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