[发明专利]扫描卡西米尔力显微镜及使用方法

说明书

一种扫描卡西米尔力显微镜及使用方法，该扫描卡西米尔力显微镜，包括：扫描管，用于放置样品；样品控制器，用于发出控制扫描管的移动的控制信号；计算机控制系统，用于接收控制信号并依此控制扫描管的移动；激光器，用于发出激光；卡西米尔力探针，包括悬臂梁和位于悬臂梁端部的球状测量针尖，悬臂梁上设有反射面，用于反射激光器发出的激光；测量针尖用于与样品产生卡西米尔效应；四象限接收器，用于接收悬臂梁的反射面反射的激光以及将激光转换成电压信号；以及四象限信号读出器，用于读取四象限接收器的电压信号从而确定卡西米尔力的大小。

技术领域

本发明涉及显微镜装置领域以及精密力学探测领域，特别涉及扫描卡西米尔力显微镜及使用方法。

背景技术

近些年随着材料物性测量的需求的增加，越来越多的扫描探针显微镜被用于材料的研究中。当前用于样品表征的扫描探针显微镜主要有以下几种：(1)原子力显微镜(AFM，Atomic Force Microscope)；(2)静电力显微镜(EFM，Electric Force Microscope)；(3)磁力显微镜(MFM，Magnetic Force Microscope)；(4)横向力显微镜(LFM，Lateral ForceMicroscope)等。

随着时代的发展，越来越多的物理学性质均可以通过扫描技术来实现空间分辨的物理性质探测，如针尖增强拉曼散射显微镜(TERSM，TipEnhanced Raman ScatteringMicroscope)，磁力显微镜(MFM，Magnetic force microscope)，微波阻抗显微镜(MIM，Microwave Impedance Microscope)等。

上世纪中期，荷兰物理学家卡西米尔(Casimir)提出由于真空零点电磁涨落，两个不带电的平行理想导体板之间会有吸引力，此后苏联物理学家利夫希茨(Lifshitz)考虑了介质材料的介电函数和磁导率对Casimir效应的影响，发展了后续介质环境中卡西米尔效应的修正。德亚金(Derjaguin)等人此后也研究了物体形状对卡西米尔效应的影响，这些工作理论为后续进行卡西米尔效应的研究奠定了坚实的基础。

目前卡西米尔效应的测量虽然已经可以在各种不同的介质环境和不同的材料之间进行，但是只能测量已知电导率、磁导率的样品，对于电导率、磁导率等参数未知的样品，还不能直接测量，因此，与实际的应用研究还有较大的差距。同时，相关的这些显微镜在测量的过程中或多或少地会对样品造成损害，尤其是测量较软的材料时，这会对样品的持续利用造成很大的阻力。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供扫描卡西米尔力显微镜及使用方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提供了一种扫描卡西米尔力显微镜，包括：扫描管，用于放置样品；样品控制器，用于发出控制所述扫描管的移动的控制信号；计算机控制系统，用于接收所述控制信号并依此控制所述扫描管的移动；激光器，用于发出激光；卡西米尔力探针，包括悬臂梁和位于悬臂梁端部的球状测量针尖，所述悬臂梁上设有反射面，用于反射所述激光器发出的激光；所述测量针尖用于与所述样品产生卡西米尔效应；四象限接收器，用于接收所述悬臂梁的反射面反射的激光；以及将所述激光转换成电压信号；以及四象限信号读出器，用于读取所述四象限接收器的电压信号，从而确定卡西米尔力的大小。

作为本发明的第二个方面，还提供了一种如上所述的扫描卡西米尔力显微镜的使用方法，包括：