Mikroskopy SPM jsou velmi náchylné na změnu vzdálenosti mezi hrotem a vzorkem, způsobenou vnějšími vlivy. To byl také jeden z důvodů neúspěchu Topografineru při dosahování atomárního rozlišení. Problém se poprvé podařilo vyřešit až Binnigovi s Rohrerem. Ti k odstínění vibrací z budov použili magnetickou levitaci nad supravodičem (chlazeným He). K odstínění vibrací vzduchem bylo (překvapivě) použito vakuum.
Pro správnou funkci mikroskopu je třeba zaručit, aby vzájemné pohyby vlivem vnějšího vybuzení byly pod 0,001 nm, protože zvlnění v elektronové struktuře kovů je řádu 0,01 nm (elektrony jsou volné a všude). Pro požadavky na tlumení platí, že čím je konstrukce pevnější, tím menší tlumení je třeba. Zpravidla se používá tlumení vertikální, protože kmity budov jsou převážně v tomto směru. Zvláštním zdrojem vibrací jsou přívodní drátky elektroniky. Mezi hlavní zdroje vibrací lze zařadit chvění budov (15–25 Hz), buzení pracujícími stroji (frekvence odvozené od síťové, 10–100 Hz) a chůze po podlaží (1–3 Hz). Amplitudy uvedených vibrací bývají v rozmezí 0,1–1 μm.
 |
| Obvod hrot–vzorek a vibrační izolace. |
Uvažujme nejprve vlastní měřicí sestavu, tvořenou hrotem, vzorkem a ramenem, a její odolnost proti vibracím. Lze pro něj psát pohybovou rovnici m̈x+b(̇x-̇x′)+k(x-x′)=0, kde k je tuhost ramena mikroskopu, m efektivní hmotnost části s hrotem, x vertikální poloha hrotu a x′ vertikální poloha vzorku a základny mikroskopu. Použijeme-li běžné vztahy ω0=√(k/m), γ=b/(2m) a předpoklad harmonického buzení základny (s frekvencí ω), dostaneme amplitudu přenosové funkce ∣T1(ω)∣=∣(x0-x0′)/(x0′)∣=∣(ω2)/(ω02-ω2+2iγω)∣ , kde x0, x′0 jsou amplitudy. Pro malé frekvence buzení lze funkci T zjednodušit na (ω2)/(ω02). Uvážíme-li vlastní frekvenci 2 kHz a γ=0,025ω0, je přenos pro nižší frekvence pod 1 Hz menší než 10-6, což je pro SPM vyhovující. Bohužel pro vyšší frekvence bude zapotřebí dodatečný izolační systém.
Izolaci lze popsat obdobně, jen je nutno vyjadřovat jinou přenosovou funkci, protože se zajímáme přímo o výchylku, nikoliv o jejich rozdíl. Přenosová funkce má nyní tvar ∣T2(ω)∣=∣(x0′)/(x0′′)∣=∣(ω12+2iγ′ω)/(ω12-ω2+2iγ′ω)∣ , kde ω1=√((k′)/(m′)), γ′=(b′)/(2m′) a b′ tlumicí koeficient. Tato funkce je téměř zrcadlovým obrazem předchozí.
Vynásobením obou získáme výslednou přenosovou funkci systému mikroskopu a izolace. Ta má dvě lokální maxima a v oblasti mezi nimi vykazuje největší tlumení. Proto je výhodné, aby rezonanční frekvence tlumení byla co nejmenší a rezonance mikroskopu co největší. Bohužel v rezonančních frekvencích jsme omezeni rozměry mikroskopu. Vlastní frekvence pružiny je totiž svázána s její délkou vztahem ω1=√(g/l), kde g je gravitační zrychlení, ze kterého plyne, že čtyřnásobné prodloužení sníží frekvenci jen na polovinu. Na druhou stranu zmenšení rozměrů mikroskopu je omezeno nutností ponechat nějaký prostor pro manipulaci se vzorkem.
K tlumení se jednak používá zvýšení vlastní frekvence systému, jednak vnější doplňková izolace a samozřejmě eliminace zdrojů vibrací. Doplňková izolace sestává z masivních bloků, na kterých je systém upevněn, z kombinací desek z oceli a vitonu, pružinových závěsů, pneumatického či magnetického tlumení (vířivými proudy), přičemž se používají i kombinace. Často se používá dvoupružinové zavěšení, které má jednu trojici pružin zavěšenu na těle mikroskopu, z druhého konce pružin visí první volná část, na které jsou další pružiny a na nich je položena vnitřní plošina (vnější pružina by měla být tužší než vnitřní). Na této plošině je izolace viton–ocel (slouží k redukci nízkofrekvenčních složek šířících se podél pružin) a teprve zde je umístěna hlava mikroskopu. Pružiny mívají rezonanční frekvence 0,5–5 Hz a aby bylo možno je efektivně tlumit, je závěs druhých pružin (který visí na prvních a je umístěn tak, aby se pružiny překrývaly, což umožní zvětšit jejich délku a tím snížit rezonanční frekvenci) tlumen v magnetickém poli (koeficient tlumení je B2StC/ρ, kde B je mag. pole, S průřez magnetu, t tloušťka tlumeného bloku, ρ jeho rezistivita a C konstanta). Dvoupružinový závěs má pro stejnou stlačenou délku větší účinnost na vyšších frekvencích. Velikost stlačení a roztažení pružin je nutno volit v mezích elasticity, poloměr vinutí by měl být co největší, drát co nejtenčí (tlustý drát snáze přenáší vibrace).
Prokládané tlumení má nižší účinnost, protože tuhost elastického materiálu je větší (a délka stlačení je omezená), což zvýší rezonanční frekvenci (řádově desítky Hz), tlumení se dá trošku vylepšit zvýšením počtu vrstev, ale i tak potřebuje podpůrné tlumení, např. pneumatické podpěry.
Do prostoru mikroskopu se mohou přenášet ještě vibrace z jiných zdrojů. Při práci na vzduchu jsou to akustické vibrace, které lze odstínit zakrytím mikroskopu, a dále vibrace přenášené elektrickými přívody. K jejich utlumení je nutno vodiče mechanicky připojit k základní desce tak, aby měly co nejkratší volné části.