Improved atomic force microscope infrared spectroscopy for rapid nanometer-scale chemical identification

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作者
Hanna Cho,Jonathan R. Felts,Min-Feng Yu,Lawrence A. Bergman,Alexander F. Vakakis,William P. King
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:24 (44): 444007-444007 被引量:25
标识
DOI:10.1088/0957-4484/24/44/444007
摘要

Atomic force microscope infrared spectroscopy (AFM-IR) can perform IR spectroscopic chemical identification with sub-100 nm spatial resolution, but is relatively slow due to its low signal-to-noise ratio (SNR). In AFM-IR, tunable IR laser light is incident upon a sample, which results in a rise in temperature and thermomechanical expansion of the sample. An AFM tip in contact with the sample senses this nanometer-scale photothermal expansion. The tip motion induces cantilever vibrations, which are measured either in terms of the peak-to-peak amplitude of time-domain data or the integrated magnitude of frequency-domain data. Using a continuous Morlet wavelet transform to the cantilever dynamic response, we show that the cantilever dynamics during AFM-IR vary as a function of both time and frequency. Based on the observed cantilever response, we tailor a time-frequency-domain filter to identify the region of highest vibrational energy. This approach can increase the SNR of the AFM cantilever signal, such that the throughput is increased 32-fold compared to state-of-the art procedures. We further demonstrate significant increases in AFM-IR imaging speed and chemical identification of nanometer-scale domains in polymer films.

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