Using Metallic Noncontact Atomic Force Microscope Tips for Imaging Insulators and Polar Molecules: Tip Characterization and Imaging Mechanisms
Source abstract
Abstract
We demonstrate that using metallic tips for noncontact atomic force microscopy (NC-AFM) imaging at relatively large (>0.5 nm) tip-surface separations provides a reliable method for studying molecules on insulating surfaces with chemical resolution and greatly reduces the complexity of interpreting experimental data. The experimental NC-AFM imaging and theoretical simulations were carried out for the NiO(001) surface as well as adsorbed CO and Co-Salen molecules using Cr-coated Si tips. The experimental results and density functional theory calculations confirm that metallic tips possess a permanent electric dipole moment with its positive end oriented toward the sample. By analyzing the experimental data, we could directly determine the dipole moment of the Cr-coated tip. A model representing the metallic tip as a point dipole is described and shown to produce NC-AFM images of individual CO molecules adsorbed onto NiO(001) in good quantitative agreement with experimental results. Finally, we discuss methods for characterizing the structure of metal-coated tips and the application of these tips to imaging dipoles of large adsorbed molecules.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Force Microscopy Techniques and Applications · Surface and Thin Film Phenomena · Molecular Junctions and Nanostructures
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Physics and Astronomy, University College London, Gower Street, London WC1E 6BT, United Kingdom
Institute of Applied Physics, University of Hamburg, Jungiusstr. 11, 20355 Hamburg, Germany
WPI-AIMR, Tohoku University, 2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, Japan
Funding
Engineering and Physical Sciences Research Council · Leverhulme Trust · Deutsche Forschungsgemeinschaft
References (69)
Show source-provided references
1. Besenbacher F. · Nano Today · 2007 · 2 · 3010.1016/S1748-0132(07)70115-9 ↗
2. Bhalla G. · SAE Int. · 2012 · 5 · 496
3. Barnes A. M. · Tribol. Int. · 2001 · 34 · 38910.1016/S0301-679X(01)00028-7 ↗
4. Joachim C. · Nature · 2000 · 408 · 54110.1038/35046000 ↗
5. Heath J. R. · Rev. Mater. Res. · 2009 · 39 · 110.1146/annurev-matsci-082908-145401 ↗
6. Song H. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 158310.1002/adma.201004291 ↗
7. Onishi H. · Appl. Surf. Sci. · 2002 · 188 · 26510.1016/S0169-4332(01)00935-7 ↗
8. Namai Y. · Nanotechnology · 2004 · 15 · S4910.1088/0957-4484/15/2/011 ↗
9. Nony L. · Nanotechnology · 2004 · 15 · S9110.1088/0957-4484/15/2/019 ↗
10. Burke S. A. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 94 · 096102-1-4
11. Kunstmann T. · Phys. Rev. B · 2005 · 71 · 121403-1-410.1103/PhysRevB.71.121403 ↗
12. Dienel T. · Adv. Mater. · 2008 · 20 · 95910.1002/adma.200701684 ↗
13. Burke S. A. · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 100 · 710.1103/PhysRevLett.100.186104 ↗
14. Schutte J. · Phys. Rev. B · 2009 · 79 · 045428-1-810.1103/PhysRevB.79.045428 ↗
15. Loske F. · Nanotechnology · 2009 · 20 · 065606-1-5
16. Kittelmann M. · J. Phys.: Condens. Matter · 2012 · 24 · 354007-1-5
17. Hinaut A. · Beilstein J. Nanotechnol. · 2012 · 3 · 22110.3762/bjnano.3.25 ↗
18. Hofer W. A. · Rev. Mod. Phys. · 2003 · 75 · 128710.1103/RevModPhys.75.1287 ↗
19. Pou P. · Nanotechnology · 2009 · 20 · 264015-1-10
20. Paul W. · Nanotechnology · 2012 · 23 · 335702-1-7
21. Gross L. · Nat. Chem. · 2011 · 3 · 27310.1038/nchem.1008 ↗
22. Schuler B. · Phys. Rev. Lett. · 2013 · 111 · 106103-1-5
23. Gross L. · Science · 2012 · 337 · 132610.1126/science.1225621 ↗
24. Ondracek M. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 176101-1-410.1103/PhysRevLett.106.176101 ↗
25. Lazo C. · Phys. Rev. B · 2008 · 78 · 214416-1-1310.1103/PhysRevB.78.214416 ↗
26. Schwarz A. · Nanotechnology · 2009 · 20 · 264017-1-510.1088/0957-4484/20/26/264017 ↗
27. Teobaldi G. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 216102-1-410.1103/PhysRevLett.106.216102 ↗
28. Lämmle K. · Nano Lett. · 2010 · 10 · 296510.1021/nl101290t ↗
29. Schwarz A. · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 110510.1021/jp311702j ↗
30. Smoluchowski R. · Phys. Rev. · 1941 · 60 · 66110.1103/PhysRev.60.661 ↗
31. Jia J. F. · Phys. Rev. B · 1998 · 58 · 119310.1103/PhysRevB.58.1193 ↗
32. Besocke K. · Surf. Sci. · 1977 · 68 · 3910.1016/0039-6028(77)90187-X ↗
33. Ishida H. · Phys. Rev. B · 1992 · 46 · 715310.1103/PhysRevB.46.7153 ↗
34. Federici Canova F. · Nanotechnology · 2012 · 23 · 110.1088/0957-4484/23/32/325703 ↗
35. Sun Z. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 046104-1-4
36. Kim J. · J. Korean Phys. Soc. · 2001 · 39 · S101
37. Liu C. · Thin Solid Films · 1999 · 355 · 4110.1016/S0040-6090(99)00441-1 ↗
38. Hu M. · Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. · 2004 · 79 · 62510.1007/s00339-004-2604-3 ↗
39. Wulff G. · Z. Krystallogr. Mineral. · 1901 · 34 · 449
40. Trevethan T. · Beilstein J. Nanotechnol. · 2012 · 3 · 32910.3762/bjnano.3.37 ↗
41. Argento C. · J. Appl. Phys. · 1996 · 80 · 608110.1063/1.363680 ↗
42. Bergstrom L. · Adv. Colloid Interface Sci. · 1997 · 70 · 12510.1016/S0001-8686(97)00003-1 ↗
43. Grimme S. · J. Comput. Chem. · 2006 · 27 · 178710.1002/jcc.20495 ↗
44. Wang W. · Appl. Surf. Sci. · 2006 · 252 · 267310.1016/j.apsusc.2005.03.233 ↗
45. Rohrbach A. · Phys. Rev. B · 2004 · 70 · 125426-1-1310.1103/PhysRevB.70.125426 ↗
46. Kittel M. · Surf. Sci. · 2002 · 499 · 110.1016/S0039-6028(01)01957-4 ↗
47. Chan T.-L. · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 176101-1-4
48. Pou P. · Nanotechnology · 2009 · 20 · 264015-1-10
49. Mohn F. · Nat. Nanotechnol. · 2012 · 7 · 22710.1038/nnano.2012.20 ↗
50. Liljeroth P. · Science · 2007 · 317 · 120310.1126/science.1144366 ↗
51. Bieletzki M. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2010 · 12 · 320310.1039/b923296f ↗
52. Kaiser U. · Nature · 2007 · 446 · 52210.1038/nature05617 ↗
53. Granovskij M. · New J. Phys. · 2014 · 16 · 023020-1-1810.1088/1367-2630/16/2/023020 ↗
54. Schmidt R. · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 257202-1-410.1103/PhysRevLett.106.257202 ↗
55. Liebmann M. · Rev. Sci. Instrum. · 2002 · 73 · 350810.1063/1.1502446 ↗
56. Albrecht T. R. · J. Appl. Phys. · 1991 · 69 · 66810.1063/1.347347 ↗
57. Lippert G. · Mol. Phys. · 1997 · 92 · 47710.1080/00268979709482119 ↗
58. VandeVondele J. · Comput. Phys. Commun. · 2005 · 167 · 10310.1016/j.cpc.2004.12.014 ↗
59. Perdew J. P. · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 386510.1103/PhysRevLett.77.3865 ↗
60. Perdew J. P. · Phys. Rev. Lett. · 1997 · 78 · 139610.1103/PhysRevLett.78.1396 ↗
61. VandeVondele J. · J. Chem. Phys. · 2007 · 127 · 114105-1-910.1063/1.2770708 ↗
62. Ossowski T. · Surf. Sci. · 2008 · 602 · 51710.1016/j.susc.2007.11.005 ↗
63. Jackson J. · 1998
64. Becke A. D. · J. Chem. Phys. · 1993 · 98 · 564810.1063/1.464913 ↗
65. Stephens P. J. · J. Phys. Chem. · 1994 · 98 · 1162310.1021/j100096a001 ↗
66. Sawatzky G. A. · Phys. Rev. Lett. · 1984 · 53 · 233910.1103/PhysRevLett.53.2339 ↗
67. Castell M. R. · J. Vac. Sci. Technol. · 1998 · 16 · 105510.1116/1.581232 ↗
68. Guidon M. · J. Chem. Theory Comput. · 2010 · 6 · 234810.1021/ct1002225 ↗
69. Kantorovich L. · J. Phys.: Condens. Matter · 2000 · 12 · 795