A new type of atomic force microscope based on chaotic motions

Liu, Ming; Chelidze, David

doi:10.1016/j.ijnonlinmec.2008.03.001

Cited by 8 publications

(4 citation statements)

References 22 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…These are based on sensitivity vector¯elds 29,30 or local°ow variations. 32 The increased use of AFM 33 also has been accompanied by rapid growth of various other cantilever-based sensing techniques. These techniques are usually monitoring either static (bending-mode) or dynamic (resonant-mode) responses of cantilever beams.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Exploiting Delayed Nonlinear Feedback for Sensing Based on Bifurcation Morphing

Lim

Epureanu

2011

Int. J. Str. Stab. Dyn.

View full text Add to dashboard Cite

Bifurcation morphing created by means of nonlinear feedback excitation is a vibration-based method for sensing. In this work, several new studies are presented to connect previously demonstrated theory to increasingly more practical applications. In particular, in the process of designing nonlinear feedback auxiliary signals, time delays in the circuitry are unavoidable. Advantages as well as possible side e®ects and disadvantages of time delays are discussed. Furthermore, additional time delay is considered as a new design parameter. Increasing the time delay has advantages such as enhanced robustness and sensitivity, which are demonstrated computationally. Moreover, calibration using multiple sensor locations is discussed. A clampedfree cantilever beam structure is modeled and used for computational validation. The beam model resembles cantilever-based resonant sensor systems. Thus, potential applications of the new algorithm are discussed and the results stress the importance of nonlinear features for enhancing sensing performance in mechanical sensors without structural modi¯cations.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Exploiting Delayed Nonlinear Feedback for Sensing Based on Bifurcation Morphing

Lim

Epureanu

2011

Int. J. Str. Stab. Dyn.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Small changes of system parameters are related with feature vectors for chaotic and periodic motions. LFV characterizes changes of the probability distribution of trajectories in a subsystem phase space [8].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Imaging a Nanostructure by the Lyapunov Exponent Computation

Nježić

Malivuk

Lekić

et al. 2013

View full text Add to dashboard Cite

A model of the AFM (atomic force microscope) with certain tip-nanostructure interaction, cantilever elasticity and damping of its oscillations is proposed. Stable and unstable motion of the AFM tip interacting with the graphene sheet is investigated by the Lyapunov exponent computation. In our approximation, a hundred Si atoms (top of the AFM tip) interact with C atoms of the nanostructure. Тhis interaction is described by Lennard-Jones potential, and the distance between the top and the center of the cantilever mass is a constant. Complex influence of the initial tip-nanostructure distance and nanostructure size on stability has been examined. We discuss a possible new mode of the AFM operation based on the Lyapunov exponent computation. Maxima and minima of the Lyapunov exponent show where certain parts of the elementary cells are placed.

show abstract

“…Αυτό γιατί οι δυναμικοί τρόποι λειτουργίας είναι σ υχνά ευαίσ θητοι σ ε ανεπιθύμητα δυναμικά φαινόμενα σ την μετατόπισ η του προβόλου, οδηγώντας σ ε λανθασ μένες τοπογραφικές πληροφορίες και προκαλώντας ασ τάθειες [130] οι οποίες επηρεάζουν την ποιότητα της εικόνας AFM. Εξαιτίας των παραπάνω προβλημάτων, η έρευνα σ την απόκρισ η του οργάνου έχει προσ ανατολισ τεί σ την εφαρμογή διάφορων υπολογισ τι- κών εργαλείων σ ε σ υνδυασ μό με πειραματικές τεχνικές για να αναγνωρίσ ει και να απομονώσ ει περιοχές όπου υπάρχουν χαοτικές τροχιές του σ υσ τήματος [131,132].…”

Section: χαοτικές τροχιέςunclassified

“…Το διάγραμμα μετατόπισ ης-ταχύτητας της ακίδας αναπαρισ τά ουσ ιασ τικά ένα διάγραμμα φάσ εως. Καθώς η ακίδα μετατοπίζεται από κοντινή σ ε μακρινή απόσ τασ η από το δείγμα, ο χαοτικός ελκυσ τής μετασ χηματίζεται σ ε περιοδικό κύκλο [130]. Η χαοτική σ υμπεριφορά εντοπίζεται σ ε μια απόσ τασ η όπου οι δυνάμεις van der Waals είναι πολύ ισ χυρές και οι φυσ ικές ιδιότητες του δείγματος επηρεάζουν σ ημαντικά την απόκρισ η του AFM σ υσ τήματος.…”

Section: χαοτικές τροχιέςunclassified

Μελέτη Και Ανάλυση Μίκρο- Και Νανομετρολογικών Διατάξεων

Γεωργακάκη¹

View full text Add to dashboard Cite

Η παρούσα διατριβή έχει ως κύριο στόχο να παρουσιάσει και να μοντελοποιήσει, χρησιμοποιώντας μεθόδους από διαφορετικές κλίμακες, τη λειτουργία ενός εικονικού μικροσκοπίου ατομικών δυνάμεων καθώς και να εξετάσει μοντέρνες εφαρμογές του στην επιστήμη των υλικών. Συγκεκριμένα, ασχοληθήκαμε με πειραματικές και υπολογιστικές μεθόδους βαθμονόμησης μικροδοκών πυριτίου, με τις αλληλεπιδράσεις μικροδοκών και νανοακίδων πυριτίου και διαμαντιού με ημιαγωγικά δείγματα για εφαρμογές τοπογραφίας και νανοεγχάραξης καθώς και με τη μελέτη ταλαντωτικών και μηχανικών ιδιοτήτων σύνθετων νανοδοκών πυριτίου-γερμανίου. Αρχικά, παρουσιάζονται αποτελέσματα από τη βαθμονόμηση RTESPA μικροδοκών που χρησιμοποιούνται ευρέως στη μικροσκοπία ατομικής δύναμης στη λειτουργία περιοδικής επαφής. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν διαστατικές μετρήσεις με SEM, μετρήσεις ιδιοσυχνότητας και ποιότητας συντονισμού με AFM και υπολογίστηκαν οι σταθερές ελατηρίου των RTESP δοκών υποθέτοντας τέλειες ορθογώνιες και τραπεζοειδείς γεωμετρίες. Στη συνέχεια κατασκευάστηκαν ρεαλιστικά FEM μοντέλα διαφόρων γεωμετριών για να εξεταστεί εάν η ακίδα ή οι ανομοιογένειες της τραπεζοειδούς διατομής ή το ανακλαστικό στρώμα στο επάνω μέρος του βραχίονα μπορούν να αλλάξουν σημαντικά την τιμή της ακαμψίας. Χρησιμοποιούμε επίσης τη μέθοδο Sader βάσει της συχνοτικής συμπεριφοράς του βραχίονα και συγκρίνουμε με άλλες μεθόδους. Σημειώνουμε ότι όλες οι μετρήσεις ακαμψίας συνοδεύονται από υπολογισμούς συνδυασμένης σχετικής μετρητικής αβεβαιότητας. Στη συνέχεια, μελετάται με αριθμητική προσομοίωση η απόκριση του συστήματος του AFM απουσία ή παρουσία δείγματος, στη μακροσκοπική προσέγγιση. Στόχος αυτής της μελέτης είναι η διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν την απόκριση του συστήματος, η ολοκληρωμένη προσομοίωση συστήματος με χρήση πειραματικά προσδιοριζόμενων παραμέτρων καθώς και η εξέταση μη-γραμμικών φαινομένων κατά τη λειτουργία περιοδικής επαφής όπως χαοτικές τροχιές, θερμικός θόρυβος, στοχαστικός συντονισμός κ.α. Για την πραγματοποίηση ατομιστικών προσομοιώσεων, παρουσιάζεται ο κώδικας που υλοποιήθηκε για την εφαρμογή του εικονικού μικροσκοπίου και η βελτιστοποίηση του στην ταχύτητα και σε θέματα μνήμης. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ένα τρισδιάστατο μοντέλο μοριακής δυναμικής για μετρήσεις σημείου σε νανοσκαλοπάτι πυριτίου μέσω διαδοχικών κύκλων προσέγγισης-απομάκρυνσης. Το μοντέλο αυτό συμπεριλαμβάνει τόσο τις κάθετες αλληλεπιδράσεις ως προς την επιφάνεια του δείγματος όσο και τις πλευρικές και διαμήκεις δυνάμεις παράλληλες στο επίπεδο της επιφάνειας. Με αυτήν την προσέγγιση μπορούμε να προσομοιώσουμε σαρώσεις σταθερής δύναμης ακόμα και όταν η ακίδα κατευθύνεται σε απότομες ακμές δομών τύπου σκαλοπάτι. Κατόπιν, παρουσιάζουμε ένα μοντέλο μοριακής δυναμικής το οποίο περιγράφει με ακρίβεια την νανοεγχάραξη μιας επιφάνειας Si από μια άκαμπτη ακίδα διαμαντιού C η οποία έχει το ρόλο του διεισδυτή και την κατασκευή αυλακιών στα οποία θα μπορούσε να μελετηθεί η ροή διαφόρων ρευστών. Τέλος, παραθέτονται αποτελέσματα από προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής για τις ελαστικές και μηχανικές ιδιότητες νανοσυρμάτων Si, Ge, SixGe1-x δυαδικά κράματα, Si/SiGe υπερπλέγματα και Si/ SixGe1-x υπερπλέγματα δυαδικών κραμάτων. Μελετούμε την επίδραση της δομής και της στοιχειομετρίας στη συχνότητα συντονισμού, στην ποιότητα συντονισμού, στο μέτρο ελαστικότητας Young και στην απόκριση μάζας. Επίσης μελετούμε πιθανούς τρόπους για τη βελτίωση της απόδοσης της νανοδιάταξης με υδρογόνωση της ελεύθερης επιφάνειας. Η πιθανή επίδραση της δομής και στοιχειομετρίας στην απόδοση των Si/Ge νανοδοκών θα καθορίσει την χρησιμότητα τέτοιων διατάξεων σαν αισθητήρες μάζας.

show abstract

A new type of atomic force microscope based on chaotic motions

Cited by 8 publications

References 22 publications

Exploiting Delayed Nonlinear Feedback for Sensing Based on Bifurcation Morphing

Exploiting Delayed Nonlinear Feedback for Sensing Based on Bifurcation Morphing

Imaging a Nanostructure by the Lyapunov Exponent Computation

Μελέτη Και Ανάλυση Μίκρο- Και Νανομετρολογικών Διατάξεων

Contact Info

Product

Resources

About