Poklepový režim

Hybridní kombinací předchozích režimů je poklepový (tapping) režim. Jeho zavedení plyne ze snahy o optimalizaci rozlišení a vlivu na vzorek. Té se dosáhne v oblasti několika desetin nm nad vzorkem, kde se však výrazně projevují dříve zmíněné nestability nosníku. Možností, která nesnáz obchází, je použití kmitání s takovou amplitudou, že je po krátký čas v dotyku se vzorkem. Bude-li systém nastaven tak, aby laterální posun hrotu nastával jen v době, kdy je dál od vzorku, získáme výhody obou metod – nepoškození vzorku (stále však může docházet ke kontaminaci) i vyšší rozlišení, dotkne-li se povrchu několikrát než se laterálně posune o svůj průměr. Dalším důvodem pro zavedení je tendence bezdotykové metody sledovat v přítomnosti zkondenzované vlhkosti spíše povrch kapky než povrch vzorku.

Teoretická analýza poklepového režimu je však znatelně složitější, protože rozsah sil, kterými hrot prochází, je mnohem větší a přechází od přitažlivé do odpudivé části. Vlivem konečné poddajnosti vzorku se nedá očekávat pohyb přesně harmonický, ale experimenty ukazují, že harmonická aproximace je v mnoha případech dostačující. Při interakci se vzorkem samozřejmě dochází k disipaci energie. V rovnovážném stavu musí být dodaný výkon roven disipovanému, který lze rozepsat do dvou částí: první odpovídá disipaci celým nosníkem vlivem viskózního tlumení, druhá pak vlastní interakci se vzorkem. Střední dodaný výkon při sinusovém buzení s amplitudou Ad je dán vztahem ̄Pin=1/2kAdsinφ, kde φ je fázový posuv a A je amplituda ustáleného téměř sinusového signálu. Výkon, ztrácený pohybem nosníku vlivem tření Ftlum=ḃz, lze psát jako ̄P0=1/2bA2Ω2. Uvážíme-li činitel kvality Q=k/(bω0), dostaneme výkon ztrácený vlivem interakce

̄Pint=1/2(kA2Ω)/Q((QAdsinφ)/A-Ω/(ω0)).

Uvažujeme-li povrch vzorku pokrytý vrstvou kapaliny, dochází při kontaktu k jejímu rozrušení a viskóznímu tlumení. To si vyžaduje energii, kterou získá od kmitajícího hrotu. Následkem toho poklesne amplituda a hrot se přestane dotýkat povrchu (pracuje v bezdotykovém režimu). V dalších kmitech získává hrot energii z budicího zdroje a po čase τ=(2Q)/(ω0) dosáhne opět amplitudy, umožňující dotek s povrchem. Je tedy amplituda kmitů v poklepovém režimu modulovaná. Zadržením hrotu dojde ke zvětšení interakčního času a tím ke změně fázového posuvu vzhledem k buzení, což jednak sníží účinnost buzení, jednak sníží signál z detektoru, který je fázově citlivý – vzniknou výškové artefakty.

Důvod, proč se nepoužívá výhradně poklepový režim místo bezdotykového, spočívá jednak v těžší teoretické interpretaci, jednak ve větší interakci. Hrot se totiž při každém doteku „zaryje“ do povrchu měkkého vzorku (např. polymery) a je obtížné následně určit pravý povrch vzorku.

Realizace se provádí volbou měřicí frekvence blízko pod rezonanční frekvencí. Jak již bylo zmíněno, taková volba vede k nestabilitě a nárůstu amplitudy, což je vlastně poklepový mód.