应用描述
非接触式原子力显微镜 (NC-AFM)
非接触式原子力显微镜 (NC-AFM) 又称动态力显微镜 (DFM)，这是一种迄今为止在现实空间中达到最高显微镜分辨率（亚原子级）的 AFM 模式。大多数 NC-AFM 应用都是在超高真空 (UHV) 和/或低温环境中进行，以便利用高 Q 因子带来的灵敏度。这对于短程力的测量或原子尺度上的成像非常重要。在相近的条件下，选用共振频率跟踪可以获得比开环方法更快的响应速度，并且还能实现定量共振增强。
为了获得最佳NC-AFM 性能，从仪器的角度看，有三个方面需要考虑：
共振时最高的相位斜率与最高的灵敏度直接相关。
操作 NC-AFM 时，应当采用高 Q 值谐振器（例如石英或 MEMS 传感器），或者在真空环境中进行以便限制固有损耗。
伺服回路中的电子器件在加速后要有良好的弛豫特性。
高 Q 值意味着谐振器的固有带宽小（与 f/2Q 成正比）。为了实现合理的像素停留时间，需要建立一个经过优化的锁相环 (PLL)，在速度和分辨率之间实现最合适的折中。这与轻敲模式即 AM-AFM 方法不同，后者的相位可以自由变化，并且幅度的衰减可以在较长的时间尺度内完成。
线性化的系统可以进行准确的定量测量。
可以同时跟踪相位和幅度，以提供更多有关耗散过程的信息。通过对共振进行紧密跟踪，我们就能确保幅度的测量一定是在共振峰值处进行，从而实现定量分析所需的最高响应和恒定增益放大。
测量策略
NC-AFM 通常又称为调频 AFM (FM-AFM)，原因在于针尖与样品的相互作用会导致共振频率发生消谐。由于 PLL 的存在，我们可以测量并跟踪共振频率的这种偏移，与此同时，自动增益控制器 (AGC) 将保持幅度恒定。
针尖的振荡反映的是针尖与样品的相互作用以及谐振器稳定可靠的振动之间进行卷积的结果：由于在动态模式下静态影响相互抵消，因此可观察到的实际结果就是与共振频率偏移直接相关的力梯度。振荡的幅度和相位可以通过锁相探测技术测量，并且送入两个不同的 PID 环中。如图所示，在 NC-AFM 中，PLL 和 AGC 将共同影响振荡器的驱动频率以及输出的激发电压，从而形成为机械谐振器提供的驱动信号（即实际的信号输出）。这种方法也可以应用于光机谐振器以及微/纳机电系统 (MEMS/NEMS)。
PLL 和 AGC 的作用是锁定驱动信号的相位，并将振荡幅度保持在共振峰值处。这样就可以使守恒过程与耗散过程相互分离，并保证定量测量得以顺利进行。MFLI、UHFLI 和 HF2LI 锁相放大器都可以搭配 PLL/PID 选件，通过仿真工具确定特定目标环路带宽所适用的 P、I 和 D 值，以便对一个或多个反馈环进行优化。LabOne 控制软件中的 PID Advisor 依赖的就是定量 DUT 传递函数模型。
扫描时，所有内部信号（例如相位、振幅、频率和激发电压）都可以输出到模拟 BNC，也可以通过 LabOne 数据采集 (DAQ) 模块或 LabOne API 进行数字记录。将行尾 (EOL) 触发或快速扫描轴作为触发信号送入仪器后，我们就可以对齐数据以形成图像。这样即使有多个本征模态或谐波，我们也可以同时采集多个图像。
选择 Zurich Instruments 的好处
无需在速度和分辨率之间进行取舍，PID Advisor 能帮助您选取最佳参数。
LabOne DAQ 模块让您可以将数据采集与扫描引擎同步，以数字方式保存所有内部信号。
您可以将多频和直接边带探测功能添加到您的设置方案中，实现一系列新的操作模式。
只需一个简单的附件就能增强各种第三方显微镜的性能。
您可以通过 LabOne API 将 PLL/PID 功能集成到第三方软件中。
