ISO 18115-2:2010
(Main)Surface chemical analysis — Vocabulary — Part 2: Terms used in scanning-probe microscopy
Surface chemical analysis — Vocabulary — Part 2: Terms used in scanning-probe microscopy
ISO 18115 is a vocabulary, published in two parts, which defines terms for surface chemical analysis. ISO 18115-1:2010 covers general terms and those used in spectroscopy while ISO 18115-2:2010 covers terms used in scanning-probe microscopy.
Analyse chimique des surfaces — Vocabulaire — Partie 2: Termes utilisés en microscopie à sonde à balayage
L'ISO 18115 est un vocabulaire, publié en deux parties, qui définit les termes relatifs à l'analyse chimique des surfaces. L'ISO 18115-1:2010 couvre les termes généraux et ceux utilisés en spectroscopie tandis que l'ISO 18115-2:2010 couvre les termes relatifs à la microscopie à sonde à balayage.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18115-2
First edition
2010-07-15
Surface chemical analysis —
Vocabulary —
Part 2:
Terms used in scanning-probe
microscopy
Analyse chimique des surfaces — Vocabulaire —
Partie 2: Termes utilisés en microscopie à sonde à balayage
Reference number
ISO 18115-2:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 18115-2:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 18115-2:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Abbreviations.1
3 Format.4
3.1 Use of terms printed boldface in definitions .4
3.2 Non-preferred and deprecated terms .4
3.3 Subject fields .4
4 Definitions of the scanning-probe microscopy methods.4
5 Acronyms and terms for contact mechanics models.11
6 Terms for scanning-probe methods.13
Bibliography.37
Alphabetical index of terms in this part of ISO 18115 .38
Alphabetical index of terms in ISO 18115-1.42
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ISO 18115-2:2010(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 18115-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 201, Surface chemical analysis, Subcommittee
SC 1, Terminology.
Together with Part 1 (see below), it cancels and replaces ISO 18115:2001, which has been split into two parts
and at the same time technically revised. The two parts also incorporate the Amendments
ISO 18115:2001/Amd.1:2006 and ISO 18115:2001/Amd.2:2007.
ISO 18115 consists of the following parts, under the general title Surface chemical analysis — Vocabulary:
⎯ Part 1: General terms and terms used in spectroscopy
⎯ Part 2: Terms used in scanning-probe microscopy
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ISO 18115-2:2010(E)
Introduction
Surface chemical analysis is an important area which involves interactions between people with different
backgrounds and from different fields. Those conducting surface chemical analysis might be materials
scientists, chemists or physicists and might have a background that is primarily experimental or primarily
theoretical. Those making use of the surface chemical data extend beyond this group into other disciplines.
With the present techniques of surface chemical analysis, compositional information is obtained for regions
close to a surface (generally within 20 nm) and composition-versus-depth information is obtained with surface
analytical techniques as surface layers are removed. The terms covered in this part of ISO 18115 relate to
scanning-probe microscopy. The surface analytical terms covered in Part 1 extend from the techniques of
electron spectroscopy and mass spectrometry to optical spectrometry and X-ray analysis. Concepts for these
techniques derive from disciplines as widely ranging as nuclear physics and radiation science to physical
chemistry and optics.
The wide range of disciplines and the individualities of national usages have led to different meanings being
attributed to particular terms and, again, different terms being used to describe the same concept. To avoid
the consequent misunderstandings and to facilitate the exchange of information, it is essential to clarify the
concepts, to establish the correct terms for use and to establish their definitions.
The terms and definitions in the two parts of ISO 18115 have been prepared in conformance with the
principles and style defined in ISO 1087-1:2000, Terminology work — Vocabulary — Part 1: Theory and
application, and ISO 10241:1992, International terminology standards — Preparation and layout. Essential
aspects of these standards appear in Subclauses 3.1 to 3.3. The terms are given in alphabetical order,
classified under three headings:
Clause 4: Definitions of the scanning-probe microscopy methods.
Clause 5: Acronyms and terms for contact mechanics models.
Clause 6: Definitions of terms for scanning-probe methods.
A single alphabetical index to this part of ISO 18115 is given after the Bibliography. To help users, a second
index is provided for the terms in Part 1 covering the general terms and terms used in spectroscopy. To assist
retrieval, compound terms can be found in the indexes in both natural and reverse word order.
This part of ISO 18115 contains new terms in addition to those terms, previously published in
ISO 18115:2001/Amd.2, that involve scanning-probe microscopy. All other terms now appear in ISO 18115-1.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18115-2:2010(E)
Surface chemical analysis — Vocabulary —
Part 1:
Terms used in scanning-probe microscopy
1 Scope
ISO 18115 defines terms for surface chemical analysis. Part 1 covers general terms and those used in
spectroscopy while this part covers terms used in scanning-probe microscopy.
2 Abbreviations
In the list below, note that the final “M”, given as “microscopy”, may be taken equally as “microscope”,
depending on the context. References to the entries where the abbreviations, or key words in the
abbreviations, are defined are given in brackets.
AFM atomic-force microscopy (see 4.3)
ANSOM apertureless near-field scanning optical microscopy (deprecated) (see 4.37)
ASNOM apertureless scanning near-field optical microscopy (deprecated) (see 4.37)
BEEM ballistic-electron emission microscopy (cf. 6.8)
BEES ballistic-electron emission spectroscopy (cf. 6.8)
CPAFM conductive-probe atomic-force microscopy (see 4.5)
CFM chemical-force microscopy (see 4.4)
CITS current-imaging tunnelling spectroscopy (see 4.6)
DFM dynamic-force microscopy (see 4.7)
DMM displacement modulation microscopy
DTM differential-tunnelling microscopy
EC-AFM electrochemical atomic-force microscopy (see 4.9)
ECFM electrochemical-force microscopy
EC-SPM electrochemical scanning-probe microscopy
EC-STM electrochemical scanning tunnelling microscopy (see 4.10)
EFM electrostatic-force microscopy (see 4.8)
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ISO 18115-2:2010(E)
FFM frictional-force microscopy (see 4.12)
FM-AFM frequency modulation atomic-force microscopy (see 4.11)
FMM force modulation microscopy (cf. 6.60)
FRET fluorescent resonance energy transfer (see 6.54)
FS force spectroscopy (see 6.58)
HFM heterodyne force microscopy
IC intermittent contact (see 6.73)
IETS inelastic electron tunnelling spectroscopy
IFM interfacial-force microscopy
KFM Kelvin force microscopy (deprecated) (see 4.13)
KPM Kelvin probe microscopy (cf. 6.76)
KPFM Kelvin-probe force microscopy (see 4.13)
LFM lateral-force microscopy (see 4.14)
LFMM lateral-force modulation microscopy (cf. 6.77)
MDFM magnetic dynamic-force microscopy (see 4.15)
MDM microwave dielectric microscopy
MFM magnetic-force microscopy (see 4.16)
MOKE magneto-optic Kerr effect
MRFM magnetic-resonance force microscopy (see 4.17)
MTA micro-thermal analysis
NC-AFM non-contact atomic-force microscopy (see 4.19)
NIS nano-impedance spectroscopy
NSOM near-field scanning optical microscopy (see 4.18)
PF-AFM pulsed-force atomic-force microscopy (cf. 6.125)
PFM piezoresponse force microscopy (cf. 6.100)
PSTM photon scanning tunnelling microscopy
PTMS photothermal micro-spectroscopy (see 4.20)
RNSOM reflection near-field scanning optical microscopy (see 6.133)
RSNOM reflection scanning near-field optical microscopy (cf. 6.133)
SCM scanning capacitance microscopy (see 4.21)
2 © ISO 2010 – All rights reserved
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SCPM scanning chemical-potential microscopy (see 4.22)
SECM scanning electrochemical microscopy (see 4.23)
SERRS surface-enhanced resonant Raman spectroscopy (see 6.154)
SERS surface-enhanced Raman scattering (see 6.151)
SFM scanning force microscopy (deprecated) (see 4.3)
SGM scanning gate microscopy
ShFM shear-force microscopy (see 4.38)
SHG second harmonic generation
SHPFM second harmonic piezo force microscopy
SHPM scanning Hall probe microscopy (see 4.24)
SICM scanning ion conductance microscopy (see 4.25)
SIM scanning impedance microscopy
SKPM scanning Kelvin probe microscopy (cf. 6.76)
SMRM scanning magneto-resistance microscopy (see 4.26)
SMSM scanning Maxwell stress microscopy (see 4.27)
NOTE SMSM is sometimes given as SMM, but the latter acronym is also used for scanning microwave microscopy
and scanning magnetic microscopy and so should not be used for scanning Maxwell stress microscopy.
SNDM scanning non-linear dielectric microscopy (see 4.30)
SNFUH scanning near-field ultrasound holography (see 4.29)
SNOM scanning near-field optical microscopy (see 4.18)
SNTM scanning near-field thermal microscopy (see 4.28)
SPM scanning-probe microscopy (see 4.31)
SP-STM spin-polarized scanning tunnelling microscopy (see 4.39)
SP-STS spin-polarized scanning tunnelling spectroscopy (see 4.40)
SRTM spin-resolved tunnelling microscopy (deprecated) (see 4.39)
SSM scanning superconducting interference device (SQUID) microscopy
s-NSOM scattering near-field scanning optical microscopy (see 4.37)
s-SNOM scattering scanning near-field optical microscopy (see 4.37)
SSPM scanning surface potential microscopy (see 4.33)
SSRM scanning spreading-resistance microscopy (see 4.32)
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ISO 18115-2:2010(E)
STM scanning tunnelling microscopy (see 4.35)
SThM scanning thermal microscopy (see 4.34)
STS scanning tunnelling spectroscopy (see 4.36)
SVM scanning voltage microscopy
TECARS tip-enhanced coherent anti-Stokes Raman scattering
TEFS tip-enhanced fluorescence spectroscopy (see 4.42)
TEOS tip-enhanced optical spectroscopy
TERS tip-enhanced Raman scattering (see 4.43)
TNSOM transmission near-field scanning optical microscopy
TSM thermal-scanning microscopy (deprecated, see 4.34, Note 2)
TSNOM transmission scanning near-field optical microscopy
UFM ultrasonic force microscopy (see 4.44)
3 Format
3.1 Use of terms printed boldface in definitions
A term printed boldface in a definition or a note is defined in another entry in either part of this International
Standard. However, the term is printed boldface only the first time it occurs in each entry.
3.2 Non-preferred and deprecated terms
A term listed lightface is non-preferred or deprecated. The preferred term is listed boldface.
3.3 Subject fields
Where a term designates several concepts, it is necessary to indicate the subject field to which each concept
belongs. The field is shown lightface, between angle brackets, preceding the definition, on the same line.
4 Definitions of the scanning-probe microscopy methods
4.1 The following are the definitions of scanned probe microscopy methods. In the list below, note that the
final “M” and final “S” in the acronyms, given as “microscopy” or “spectroscopy”, may also mean “microscope”
or “spectrometer”, respectively, depending on the context. For the definition relating to the microscope or
spectrometer, replace the words “a method” by the words “an instrument” where that appears.
4.2
apertureless Raman microscopy
〈NSOM, SNOM〉 a method of microscopy involving the acquisition of Raman spectroscopic data utilizing a
near-field optical source and based upon a metal tip in close proximity to the sample surface illuminated with
suitably polarized light
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4.3
atomic-force microscopy
AFM
scanning force microscopy (deprecated)
SFM (deprecated)
a method for imaging surfaces by mechanically scanning their surface contours, in which the deflection of a
sharp tip sensing the surface forces, mounted on a compliant cantilever, is monitored
NOTE 1 AFM can provide a quantitative height image of both insulating and conducting surfaces.
NOTE 2 Some AFM instruments move the sample in the x-, y- and z-directions whilst keeping the tip position constant
and others move the tip whilst keeping the sample position constant.
NOTE 3 AFM can be conducted in vacuum, a liquid, a controlled atmosphere or air. Atomic resolution may be
attainable with suitable samples, with sharp tips and by using an appropriate imaging mode.
NOTE 4 Many types of force can be measured, such as the normal forces or the lateral, friction or shear force.
When the latter is measured, the technique is referred to as lateral, frictional or shear force microscopy. This generic
term encompasses all of the types of force microscopy listed in Clause 2.
NOTE 5 AFMs can be used to measure surface normal forces at individual points in the pixel array used for imaging.
NOTE 6 For typical AFM tips with radii <100 nm, the normal force should be less than about 0,1 µN, depending on the
sample material, or irreversible surface deformation and excessive tip wear occurs.
4.4
chemical-force microscopy
CFM
an LFM or AFM mode in which the deflection of a sharp probe tip, functionalized to provide interaction forces
with specific molecules, is monitored
NOTE LFM is the most popularly used mode.
4.5
conductive-probe atomic-force microscopy
CPAFM
CAFM (deprecated)
C-AFM (deprecated)
〈AFM〉 an AFM mode in which a conductive probe is used to measure both topography and electric current
between the tip and the sample
NOTE CPAFM is a secondary imaging mode derived from contact AFM that characterizes conductivity variations
across medium- to low-conducting and semiconducting materials. Typically, a DC bias is applied to the tip, and the sample
is held at ground potential. While the z feedback signal is used to generate a normal-contact AFM topography image, the
current passing between the tip and sample is measured to generate the conductive AFM image.
4.6
current-imaging tunnelling spectroscopy
CITS
〈STM〉 a method in which the STM tip is held at a constant height above the surface, while the bias voltage, V,
is scanned and the tunnelling current, I, is measured and mapped
NOTE The constant height is usually maintained by gating the feedback loop so that it is only active for some
proportion of the time; during the remaining time, the feedback loop is switched off and the applied tip bias is ramped and
the current is measured.
cf. I-V spectroscopy
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4.7
dynamic-mode AFM
dynamic-force microscopy
DFM
〈AFM〉 an AFM mode in which the relative positions of the probe tip and sample vary in a sinusoidal manner
at each point in the image
NOTE 1 The sinusoidal oscillation is usually in the form of a vibration in the z-direction and is often driven at a
frequency close to, and sometimes equal to, the cantilever resonance frequency.
NOTE 2 The signal measured can be the amplitude, the phase shift or the resonance frequency shift of the cantilever.
4.8
electrostatic-force microscopy
electric-force microscopy (deprecated)
EFM
〈AFM〉 an AFM mode in which a conductive probe is used to map both topography and electrostatic force
between the tip and the sample surface
4.9
electrochemical atomic-force microscopy
EC-AFM
〈AFM〉 an AFM mode in which a conductive probe is used in an electrolyte solution to measure both
topography and electrochemical current
4.10
electrochemical scanning tunnelling microscopy
EC-STM
〈STM〉 an STM mode in which a coated tip is used in an electrolyte solution to measure both topography and
electrochemical current
4.11
frequency modulation atomic-force microscopy
FM-AFM
dynamic-mode AFM in which the shift in resonance frequency of the probe assembly is monitored and is
adjusted to a setpoint using a feedback circuit
4.12
frictional-force microscopy
FFM
an SPM mode in which the friction force is monitored
NOTE The friction force can be detected in a static or frequency-modulated mode. Information on the tilt azimuthal
variation of the frictional force needs the static mode.
4.13
Kelvin-probe force microscopy
KPFM
KFM (deprecated)
dynamic-mode AFM using a conducting probe tip to measure spatial or temporal changes in the relative
electric potentials of the tip and the surface
NOTE Changes in the relative potentials reflect changes in the surface work function.
4.14
lateral-force microscopy
LFM
an SPM mode in which surface contours are scanned with a probe assembly whilst monitoring the lateral
forces exerted on the probe tip by observation of the torsion of the cantilever arising as a result of those
forces
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NOTE The lateral forces can be detected in a static or frequency-modulated mode. Information on the tilt azimuth of
surface molecules needs the static mode.
4.15
magnetic dynamic-force microscopy
MDFM
magnetic AC mode (deprecated)
MAC mode (deprecated)
〈AFM〉 an AFM mode in which the probe is oscillated by using a magnetic force
4.16
magnetic-force microscopy
MFM
an AFM mode employing a probe assembly that monitors both atomic forces and magnetic interactions
between the probe tip and a surface
4.17
magnetic-resonance force microscopy
MRFM
〈AFM〉 an AFM imaging mode in which magnetic signals are mechanically detected by using a cantilever at
resonance and the force arising from nuclear or electronic spin in the sample is sensitively measured
4.18
near-field scanning optical microscopy
NSOM
scanning near-field optical microscopy
SNOM
a method of imaging surfaces optically in transmission or reflection by mechanically scanning an optically
active probe much smaller than the wavelength of light over the surface whilst monitoring the transmitted or
reflected light or an associated signal in the near-field regime
cf. scattering NSOM, scattering SNOM
NOTE 1 Topography is important and the probe is scanned at constant height. Usually the probe is oscillated in the
shear mode to detect and set the height.
NOTE 2 Where the extent of the optical probe is defined by an aperture, the aperture size is typically in the range
10 nm to 100 nm, and this largely defines the resolution. This form of instrument is often called an aperture NSOM or
aperture SNOM to distinguish it from a scattering NSOM or scattering SNOM (previously called apertureless NSOM or
apertureless SNOM) although, generally, the adjective “aperture” is omitted. In the apertureless form, the extent of the
optically active probe is defined by an illuminated sharp metal or metal-coated tip with a radius typically in the range
10 nm to 100 nm, and this largely defines the resolution.
NOTE 3 In addition to the optical image, NSOM can provide a quantitative image of the surface contours similar to that
available in AFM and allied scanning-probe techniques.
NOTE 4 This generic term encompasses all of the types of near-field microscopy listed in Clause 2.
4.19
non-contact atomic-force microscopy
NC-AFM
dynamic-mode AFM in which the probe tip is operated at such a distance from the surface that it samples
the weak, attractive, van der Waals or other forces
NOTE Forces in this mode are very low and are best for studying soft materials or avoiding cross-contamination of
the tip and the surface.
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4.20
photothermal micro-spectroscopy
PTMS
an SThM mode in which the probe detects the photothermal response of a sample exposed to infrared light to
obtain an absorption spectrum
NOTE The infrared light can be either from a tuneable monochromatic source or from a broadband source set up as
part of a Fourier transform infrared spectrometer. In the latter case, the photothermal temperature fluctuations can be
measured as a function of time to provide an interferogram which is Fourier-transformed to give the spectrum of sub-
micron-sized regions of the sample.
4.21
scanning capacitance microscopy
SCM
an SPM mode in which a conductive probe is used to measure both topography and capacitance between the
tip and sample
4.22
scanning chemical-potential microscopy
SCPM
an SPM mode in which spatial variations in the thermoelectric voltage signal, created by a constant
temperature gradient normal to the sample surface, are measured and related to spatial variations in the
chemical-potential gradient
4.23
scanning electrochemical microscopy
SECM
an SPM mode in which imaging occurs in an electrolyte solution with an electrochemically active tip
NOTE In most cases, the SECM tip is an ultra-microelectrode and the tip signal is a Faradaic current from
electrolysis of solution species.
4.24
scanning Hall probe microscopy
SHPM
an SPM mode in which a Hall probe is used as the scanning sensor to measure and map the magnetic field
from a sample surface
4.25
scanning ion conductance microscopy
SICM
an SPM mode in which an electrolyte-filled micropipette is used as a local probe for insulating samples
immersed in an electrolytic solution
NOTE The distance dependence of the ion conductance provides the key to performing non-contact surface profiling.
4.26
scanning magneto-resistance microscopy
SMRM
an SPM mode in which a magneto-resistive sensor probe on a cantilever is scanned in the contact mode
over a magnetic sample surface to measure two-dimensional magnetic images by acquiring magneto-
resistive voltage
4.27
scanning Maxwell stress microscopy
SMSM
an SPM mode in which a conductive probe is used to measure both topography and surface potential by
utilizing the Maxwell stress
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4.28
scanning near-field thermal microscopy
SNTM
a SNOM method in which an infrared-sensing thermometer is used to detect the local emission collected by
an optical probe to measure both the topography and thermal properties
4.29
scanning near-field ultrasound holography
SNFUH
a method for imaging surfaces and the subsurface regimes by mechanically scanning their surface contours
and detecting the results of the interference of a high-frequency acoustic wave (of the order of MHz or higher
and substantially greater than the resonance frequency of the cantilever) applied to the bottom of the
sample while another wave is applied to the cantilever at a slightly different frequency
4.30
scanning non-linear dielectric microscopy
SNDM
an SPM mode in which a conductive probe is used to measure both topography and dielectric constant
(capacitance)
4.31
scanning-probe microscopy
SPM
a method of imaging surfaces by mechanically scanning a probe over the surface under study, in which the
concomitant response of a detector is measured
NOTE 1 This generic term encompasses AFM, CFM, CITS, FFM, LFM, SFM, SNOM, STM, TSM, etc., listed in
Clause 2.
NOTE 2 The resolution varies from that of STM, where individual atoms can be resolved, to SThM in which the
resolution is generally limited to around 1 µm.
4.32
scanning spreading-resistance microscopy
SSRM
an SPM mode in which a conductive tip is used to measure both topography and spreading resistance
NOTE Whilst full-diamond or diamond-coated probes are almost always used for the SSRM of Si samples, it is
possible to perform SSRM with other conductive tips when (in cases such as the imaging of InP, which is soft) the use of a
diamond tip could damage the sample.
4.33
scanning surface potential microscopy
SSPM
an SPM mode in which a conductive probe is used to measure both topography and surface potential
NOTE KPFM is SSPM conducted using an AFM as defined in 4.13. Where this is appropriate, KPFM should be used
to describe the method rather than the more generic term, SSPM.
4.34
scanning thermal microscopy
SThM
an SPM method in which a thermal sensor is integrated into the probe to measure both topography and
thermal properties
NOTE 1 Examples of such thermal properties are temperature and thermal conductivity.
NOTE 2 This method is sometimes known as thermal-scanning microscopy or TSM. This expression and acronym are
deprecated.
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ISO 18115-2:2010(E)
4.35
scanning tunnelling microscopy
STM
an SPM mode for imaging conductive surfaces by mechanically scanning a sharp, voltage-biased, conducting
probe tip over their surface, in which the data of the tunnelling current and the tip-surface separation are
used in generating the image
NOTE 1 STM can be conducted in vacuum, a liquid or air. Atomic resolution can be achieved with suitable samples
and sharp probes and can, with ideal samples, provide localized bonding information around surface atoms.
NOTE 2 Images can be formed from the height data at a constant tunnelling current or the tunnelling current at a
constant height or other modes at defined relative
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18115-2
Première édition
2010-07-15
Analyse chimique des surfaces —
Vocabulaire —
Partie 2:
Termes utilisés en microscopie à sonde à
balayage
Surface chemical analysis — Vocabulary —
Part 2: Terms used in scanning-probe microscopy
Numéro de référence
ISO 18115-2:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 18115-2:2010(F)
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ISO 18115-2:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Abréviations.1
3 Format.4
3.1 Utilisation des termes indiqués en gras dans les définitions.4
3.2 Termes inusités ou déconseillés .4
3.3 Discipline.4
4 Définitions des méthodes de microscopie à sonde à balayage.4
5 Acronymes et termes relatifs aux modèles de la mécanique des contacts.12
6 Termes relatifs aux méthodes à sonde à balayage .14
Bibliographie.39
Index alphbétique des termes relatifs à la présente partie de l'ISO 18115.40
Index alphabétique des termes relatifs à l'ISO 18115-1.45
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ISO 18115-2:2010(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 18115-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 201, Analyse chimique des surfaces,
sous-comité SC 1, Terminologie.
L'ISO 18115-2, conjointement avec la Partie 1 (voir ci-dessous), annule et remplace l'ISO 18115:2001, qui a
été divisée en deux parties tout en ayant fait l'objet d'une révision technique. Les deux parties incorporent
également les Amendements ISO 18115:2001/Amd.1:2006 et ISO 18115:2001/Amd.2:2007.
L'ISO 18115 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Analyse chimique des
surfaces — Vocabulaire:
⎯ Partie 1: Termes généraux et termes utilisés en spectroscopie
⎯ Partie 2: Termes utilisés en microscopie à sonde à balayage
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ISO 18115-2:2010(F)
Introduction
L'analyse chimique des surfaces est un domaine important qui implique des interactions entre des personnes
possédant des formations diverses et provenant d'horizons différents. Il peut s'agir de scientifiques spécialisés
dans la science des matériaux, de chimistes ou de physiciens et il est possible que leur expérience soit
essentiellement expérimentale ou surtout théorique. Les personnes qui utilisent les données obtenues grâce
aux analyses chimiques des surfaces n'appartiennent pas uniquement à ce groupe et évoluent dans d'autres
disciplines.
Les techniques actuelles d'analyse chimique des surfaces permettent d'obtenir des données quant à la
composition des régions proches d'une surface (généralement à moins de 20 nm), et des données quant à la
composition en fonction de la profondeur peuvent être obtenues par des techniques d'analyse des surfaces à
mesure que les couches superficielles sont retirées. Les techniques d'analyse des surfaces traitées dans la
présente partie de l'ISO 18115 regroupent des techniques qui vont de la spectrométrie électronique et la
spectrométrie de masse à la spectrométrie optique et l'analyse par rayons X. Les termes abordés dans la
Partie 2 concernent la microscopie à sonde à balayage. Les concepts de ces techniques proviennent de
disciplines aussi variées que la physique nucléaire, l'étude de la radioactivité ou la physico-chimie et l'optique.
Compte tenu du nombre important de disciplines et des usages spécifiques à chaque nation, plusieurs
significations ont été attribuées à un terme particulier et, inversement, plusieurs termes désignent un même
concept. Pour éviter les incompréhensions qui en découlent et pour faciliter l'échange d'informations, il est
essentiel de clarifier les concepts et d'établir les termes corrects à utiliser ainsi que leurs définitions.
Les termes et définitions dans les deux parties de l'ISO 18115 ont été préparés conformément aux principes
et style définis dans l'ISO 1087-1:2000, Travaux terminologiques — Vocabulaire — Partie 1: Théorie et
application, et dans l'ISO 10241:1992, Normes terminologiques internationales — Élaboration et présentation.
Les principaux aspects de ces normes apparaissent dans les Paragraphes 3.1 à 3.3. Les termes sont donnés
dans l'ordre correspondant à l'ordre alphabétique des termes anglais équivalents et sont classés en trois
catégories:
Article 4: Définitions des méthodes de microscopie à sonde à balayage.
Article 5: Acronymes et termes relatifs aux modèles de la mécanique des contacts.
Article 6: Termes relatifs aux méthodes à sonde à balayage.
Un index alphabétique correspondant à la présente partie de l'ISO 18115 est donné après la Bibliographie.
Pour aider les utilisateurs, un second index est fourni pour les termes relatifs à la Partie 1 concernant les
termes généraux et les termes utilisés en spectroscopie. Pour permettre une recherche aisée, il est possible
de trouver dans les index les termes composés à la fois dans l'ordre naturel des mots et dans la forme
inversée.
La présente partie de l'ISO 18115 contient de nouveaux termes en plus de ceux, précédemment publiés dans
l'ISO 18115:2001/Amd.2, qui ont trait à la microscopie à sonde à balayage. Tous les autres termes
apparaissent maintenant dans l'ISO 18115-1.
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NORME INTERNATIONALE ISO 18115-2:2010(F)
Analyse chimique des surfaces — Vocabulaire —
Partie 2:
Termes utilisés en microscopie à sonde à balayage
1 Domaine d'application
L'ISO 18115 définit les termes relatifs à l'analyse chimique des surfaces. La Partie 1 concerne les termes
généraux et ceux utilisés en spectroscopie tandis que la présente partie concerne les termes relatifs à la
microscopie à sonde à balayage.
2 Abréviations
Dans la liste ci-dessous, noter que le «M» final, indiquant «microscopie» peut également indiquer
«microscope» en fonction du contexte. Les articles dans lesquels sont définis les abréviation et certains mots
clés de ces abréviations sont indiqués entre parenthèses.
AFM microscopie à force atomique (voir 4.3)
ANSOM microscopie optique à balayage en champ proche sans ouverture (déconseillé) (voir 4.37)
ASNOM microscopie optique en champ proche à balayage sans ouverture (déconseillé) (voir 4.37)
BEEM microscopie à émission d'électrons balistiques (cf. 6.8)
BEES spectroscopie d'émission d'électrons balistiques (cf. 6.8)
CFM microscopie à force chimique (voir 4.4)
CPAFM microscopie à force atomique en mode conducteur (voir 4.5)
CITS spectroscopie de courant tunnel (voir 4.6)
DFM microscopie à force dynamique (voir 4.7)
DMM microscopie à modulation de déplacement
DTM microscopie différentielle à effet tunnel
EC-AFM microscopie électrochimique à force atomique (voir 4.9)
ECFM microscopie à force électrochimique
EC-SPM microscopie électrochimique en champ proche
EC-STM microscopie électrochimique à effet tunnel (voir 4.10)
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EFM microscopie à force électrostatique (voir 4.8)
FFM microscopie à force de friction (voir 4.12)
FM-AFM microscopie à force atomique en modulation de fréquence (voir 4.11)
FMM microscopie à modulation de force (cf. 6.60)
FRET fluorescence de transfert de l'énergie de résonance (voir 6.54)
FS spectroscopie à force (voir 6.58)
HFM microscopie à force hétérodyne
IC contact intermittent (voir 6.73)
IETS spectroscopie d'électrons inélastique à effet tunnel
IFM microscopie à force interfaciale
KFM microscopie à force Kelvin (déconseillé) (voir 4.13)
KPFM microscopie à sonde Kelvin (voir 4.13)
KPM microscopie à sonde Kelvin (cf. 6.76)
LFM microscopie à force latérale (voir 4.14)
LFMM microscopie à modulation de force latérale (cf. 6.77)
MDFM microscopie magnétique à force dynamique (voir 4.15)
MDM microscopie diélectrique à micro-ondes
MFM microscopie à force magnétique (voir 4.16)
MOKE effet de Kerr magnéto-optique
MRFM microscopie à force de résonance magnétique (voir 4.17)
MTA analyse micro-thermique
NC-AFM microscopie à force atomique en mode non-contact (voir 4.19)
NIS spectroscopie nano-impédance
NSOM microscopie optique en champ proche à balayage (voir 4.18)
PF-AFM microscopie à force atomique à impulsion (cf. 6.125)
PFM microscopie à force atomique en mode piézoréponse (cf. 6.100)
PSTM microscopie à effet tunnel photonique
PTMS micro-spectroscopie photothermique (voir 4.20)
RNSOM microscopie optique à balayage en champ proche à réflexion (voir 6.133)
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RSNOM microscopie optique en champ proche à balayage à réflexion (cf. 6.133)
SCM microscopie à capacitance à balayage (voir 4.21)
SCPM microscopie à potentiel chimique à balayage (voir 4.22)
SECM microscopie électrochimique à balayage (voir 4.23)
SERRS spectroscopie Raman à résonance exaltée de surface (voir 6.154)
SERS diffusion Raman exaltée de surface (voir 6.151)
SFM microscopie à force atomique à balayage (déconseillé) (voir 4.3)
SGM microscopie à grille locale à balayage
ShFM microscopie à force de cisaillement (voir 4.38)
SHG génération de seconde harmonique
SHPFM microscopie à force piézoélectrique de seconde harmonique
SHPM microscopie à sonde de Hall à balayage (voir 4.24)
SICM microscopie à conductance ionique à balayage (voir 4.25)
SIM microscopie par impédance à balayage
SKPM microscopie à sonde Kelvin à balayage (cf. 6.76)
SMRM microscopie à magnétorésistance à balayage (voir 4.26)
SMSM microscopie à contrainte Maxwell à balayage (voir 4.27)
NOTE L'acronyme SMM est parfois utilisé à la place de SMSM mais il se réfère également à la microscopie à
micro-ondes à balayage et à la microscopie à force magnétique à balayage. Par conséquent, il convient de ne pas l'utiliser
pour la microscopie à contrainte Maxwell à balayage.
SNDM microscopie diélectrique non linéaire à balayage (voir 4.30)
SNFUH holographie ultrasonique en champ proche à balayage (voir 4.29)
SNOM microscopie optique en champ proche (voir 4.18)
SNTM microscopie thermique en champ proche à balayage (voir 4.28)
SPM microscopie en champ proche (voir 4.31)
SP-STM microscopie à balayage à effet tunnel polarisé en spin (voir 4.39)
SP-STS spectroscopie à balayage à effet tunnel polarisé en spin (voir 4.40)
SRTM microscopie à effet tunnel résolu en spin (déconseillé) (voir 4.39)
SSM microscopie à détecteur supraconducteur à interférence à balayage (SQUID)
s-NSOM microscopie optique en champ proche à balayage à diffusion (voir 4.37)
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s-SNOM microscopie diélectrique non linéaire à balayage à diffusion (voir 4.37)
SSPM microscopie à potentiel de surface à balayage (voir 4.33)
SSRM microscopie à résistance de diffusion à balayage (voir 4.32)
SThM microscopie thermique à balayage (voir 4.34)
STM microscopie à effet tunnel à balayage (voir 4.35)
STS spectroscopie à effet tunnel à balayage (voir 4.36)
SVM microscopie à tension de balayage
TECARS diffusion Raman anti-Stokes cohérente amplifiée par la pointe
TEFS spectroscopie de fluorescence amplifiée par la pointe (voir 4.42)
TEOS spectroscopie optique amplifiée par la pointe
TERS diffusion Raman amplifiée par la pointe (voir 4.43)
TNSOM microscopie optique à balayage en champ proche en transmission
TSM microscopie à balayage thermique (déconseillé, voir 4.34, Note 2)
TSNOM microscopie optique en champ proche à balayage en transmission
UFM microscopie à force ultrasonique (voir 4.44)
3 Format
3.1 Utilisation des termes indiqués en gras dans les définitions
Un terme indiqué en caractères gras dans une définition ou dans une note est défini dans l'une ou l'autre
partie de la présente Norme internationale dans une autre rubrique. Le terme en question n'est toutefois
indiqué en caractères gras que la première fois où il apparaît dans chaque rubrique.
3.2 Termes inusités ou déconseillés
Un terme indiqué en caractères normaux est inusité ou déconseillé. Le terme préféré est indiqué en
caractères gras.
3.3 Discipline
Lorsqu'un terme désigne plusieurs concepts, il est nécessaire d'indiquer la discipline à laquelle chaque
concept appartient. La discipline est indiquée en caractères normaux, entre crochets angulaires et sur la
même ligne que la définition qu'elle précède.
4 Définitions des méthodes de microscopie à sonde à balayage
4.1 Les définitions des méthodes de microscopie à sonde à balayage figurent ci-après. Dans la liste
ci-dessous, noter que le «M» final et le «S» final des acronymes correspondant à «microscopie» et à
«spectroscopie» peuvent également désigner les termes «microscope» ou «spectromètre» selon le contexte.
Pour obtenir la définition relative au microscope ou au spectromètre, remplacer les termes «une méthode»
par «un instrument», le cas échéant.
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4.2
microscopie Raman sans ouverture
〈NSOM, SNOM〉 méthode de microscopie impliquant l'acquisition de données de spectroscopie Raman,
utilisant une source optique en champ proche et une pointe métallique située à proximité de la surface de
l'échantillon illuminée par une lumière polarisée adaptée
4.3
microscopie à force atomique
AFM
microscopie à force atomique à balayage (déconseillé)
SFM (déconseillé)
méthode d'imagerie des surfaces par balayage mécanique des contours des surfaces, dans laquelle la
déflexion d'une pointe effilée détectant les forces en surface et montée sur un cantilever adapté est
contrôlée
NOTE 1 L'AFM peut fournir une image en hauteur quantitative des surfaces isolantes et conductrices.
NOTE 2 Certains instruments AFM déplacent l'échantillon dans les directions x, y et z tout en maintenant constante la
position de la pointe et d'autres déplacent la pointe tout en maintenant constante la position de l'échantillon.
NOTE 3 L'AFM peut être réalisée sous vide, dans un liquide, une atmosphère contrôlée ou l'air. La résolution atomique
peut être atteinte avec des échantillons adaptés, des pointes effilées et en utilisant un mode d'imagerie approprié.
NOTE 4 De nombreux types de forces peuvent être mesurés, tels que les forces normales ou la force latérale, de
friction ou de cisaillement. Lorsque la mesure concerne ces dernières forces, on parle de microscopie à force latérale,
à force de friction ou sous cisaillement. Ce terme générique englobe toutes les microscopies à force énumérées dans
l'Article 2.
NOTE 5 Les AFM peuvent être utilisées pour mesurer les forces normales en surface, à des points particuliers de la
matrice de pixels utilisée pour l'imagerie.
NOTE 6 Dans le cas des pointes AFM typiques présentant un rayon < 100 nm, il convient que la force normale soit
inférieure à environ 0,1 µN, en fonction du matériau de l'échantillon, pour éviter une déformation irréversible de la surface
et une usure excessive de la pointe.
4.4
microscopie à force chimique
CFM
mode LFM ou AFM dans lequel la déflexion d'une pointe effilée, dont la fonction est de fournir des forces
d'interaction avec des molécules spécifiques, est contrôlée
NOTE LFM est le mode le plus couramment utilisé.
4.5
microscopie à force atomique à sonde conductrice
CPAFM
CAFM (déconseillé)
C-AFM (déconseillé)
〈AFM〉 mode AFM dans lequel une sonde conductrice est utilisée pour mesurer la topographie et le courant
électrique entre la pointe et l'échantillon
NOTE La CPAFM est un mode d'imagerie secondaire dérivé de l'AFM en mode contact qui caractérise les variations
de conductivité à travers des matériaux moyennement conducteurs à faiblement conducteurs et des semi-conducteurs.
Typiquement, une tension d'autopolarisation est appliquée à la sonde et l'échantillon est maintenu au potentiel de la terre.
Tandis que le signal de rétroaction z est utilisé pour générer une image normale topographique d'AFM en mode contact,
le courant passant entre la sonde et l'échantillon est mesuré pour générer l'image conductrice d'AFM.
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4.6
spectroscopie de courant tunnel
CITS
〈STM〉 méthode dans laquelle la pointe du STM est maintenue à une hauteur constante au-dessus de la
surface pendant que la tension de polarisation (V) est balayée et que le courant de tunnel (I) est mesuré et
cartographié
NOTE La hauteur constante est généralement maintenue par réduction par masquage de la boucle de rétroaction de
sorte qu'elle n'est active que pendant un moment; pendant le temps restant, la boucle de rétroaction est arrêtée, la
polarisation de la pointe appliquée est augmentée progressivement et le courant est mesuré.
cf. spectroscopie I-V
4.7
AFM en mode dynamique
microscopie à force dynamique
DFM
〈AFM〉 mode AFM dans lequel les positions relatives de la pointe de la sonde et de l'échantillon varient d'une
manière sinusoïdale en chaque point de l'image
NOTE 1 L'oscillation sinusoïdale se présente généralement sous la forme d'une vibration orientée dans la direction z et
est souvent imprimée à une fréquence proche de, et parfois égale à, la fréquence de résonance du cantilever.
NOTE 2 Le signal mesuré peut être l'amplitude, le déphasage ou le glissement de fréquence de résonance du
cantilever.
4.8
microscopie à force électrostatique
microscopie à force électrique (déconseillé)
EFM
〈AFM〉 mode AFM dans lequel une sonde conductrice est utilisée pour mesurer la topographie et la force
électrostatique entre la pointe et la surface de l'échantillon
4.9
microscopie électrochimique à force atomique
EC-AFM
〈AFM〉 mode AFM dans lequel une sonde conductrice est utilisée dans une solution électrolytique pour
mesurer la topographie et le courant électrochimique
4.10
microscopie électrochimique à effet tunnel
EC-STM
〈STM〉 mode STM dans lequel une pointe revêtue d'un dépôt est utilisée dans une solution électrolytique pour
mesurer la topographie et le courant électrochimique
4.11
microscopie à force atomique en modulation de fréquence
FM-AFM
AFM en mode dynamique dans laquelle le décalage de fréquence de résonance du dispositif de sonde
est contrôlé et ajusté à une valeur de consigne en utilisant un circuit de rétroaction
4.12
microscopie à force de friction
FFM
mode SPM dans lequel la force de friction est contrôlée
NOTE La force de friction peut être détectée en statique ou en fréquence modulée. Le mode statique est nécessaire
pour obtenir des informations sur la variation azimutale de la force de friction.
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4.13
microscopie à sonde Kelvin
KPFM
KFM (déconseillé)
AFM en mode dynamique utilisant une pointe de sonde conductrice pour mesurer les modifications
spatiales ou temporelles des potentiels électriques relatifs de la pointe et de la surface
NOTE Les modifications des potentiels relatifs reflètent les modifications de la fonction de travail de la surface.
4.14
microscopie à force latérale
LFM
mode SPM dans lequel les contours des surfaces sont balayés avec un dispositif de sonde tandis que les
forces latérales exercées sur la pointe de sonde sont contrôlées en observant la torsion du cantilever
engendrée par ces forces
NOTE Les forces latérales peuvent être détectées en statique ou en fréquence modulée. Le fonctionnement statique
est nécessaire pour obtenir des informations sur l'azimut des molécules de surface.
4.15
microscopie magnétique à force dynamique
MDFM
mode AC magnétique (déconseillé)
mode MAC (déconseillé)
〈AFM〉 mode AFM dans lequel la sonde est soumise à des oscillations par l'action d'une force magnétique
4.16
microscopie à force magnétique
MFM
mode AFM utilisant un dispositif de sonde qui contrôle à la fois les forces atomiques et les interactions
magnétiques entre la pointe de sonde et la surface
4.17
microscopie à force de résonance magnétique
MRFM
〈AFM〉 mode d'imagerie AFM dans lequel des signaux magnétiques sont détectés mécaniquement à l'aide
d'un cantilever à la résonance et dans lequel il est procédé à la mesure sensible de la force nucléaire ou
électronique de spin
4.18
microscopie optique en champ proche
NSOM
microscopie optique en champ proche à balayage
SNOM
méthode d'imagerie optique des surfaces en transmission ou par réflexion par balayage mécanique d'une
sonde optique active beaucoup plus petite que la longueur d'onde de la lumière sur la surface en surveillant
la lumière transmise ou réfléchie ou un signal associé en régime champ proche
cf. NSOM à diffusion, SNOM à diffusion
NOTE 1 La topographie est importante et la sonde est balayée à une hauteur constante. Généralement, la sonde est
oscillée en mode cisaillement pour détecter et fixer la hauteur.
NOTE 2 Dans le cas où l'étendue de la sonde optique est définie par une ouverture, la taille de l'ouverture est
généralement comprise entre 10 nm et 100 nm, ce qui définit en grande partie la résolution. Ce type d'instrument est
souvent appelé NSOM à ouverture ou SNOM à ouverture pour le distinguer du NSOM à diffusion ou SNOM à diffusion
(appelé précédemment NSOM sans ouverture ou SNOM sans ouverture) bien que, en règle générale, le qualificatif «à
ouverture» soit omis. Dans la forme sans ouverture, l'étendue de la sonde active optique est définie par une pointe effilée
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illuminée en métal ou revêtue d'une couche métallique, dont le rayon est généralement compris dans la plage comprise
entre 10 nm et 100 nm, ce qui définit en grande partie la résolution.
NOTE 3 Outre l'image optique, la NSOM peut délivrer une image quantitative des contours de la surface, similaire à
celle fournie par l'AFM et les techniques apparentées utilisant des sondes à balayage.
NOTE 4 Ce terme générique englobe toutes les microscopies à champ proche énumérées dans l'Article 2.
4.19
microscopie à force atomique en mode non-contact
NC-AFM
AFM en mode dynamique dans laquelle la pointe de sonde est actionnée à une distance de la surface telle
qu'elle permet de détecter les forces faibles, attractives, et de van der Waals ou d'autres forces
NOTE Les forces dans ce mode sont très faibles et conviennent mieux pour étudier des matériaux mous ou pour
éviter une contamination croisée de la pointe et de la surface.
4.20
micro-spectroscopie photothermique
PTMS
mode SThM dans lequel la sonde détecte la réponse photothermique d'un échantillon exposé à un faisceau
infrarouge pour obtenir un spectre d'absorption
NOTE Le faisceau infrarouge peut soit provenir d'une source monochromatique réglable ou d'une source à large
bande configurée comme une partie intégrante d'un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier. Dans ce dernier
cas, les fluctuations de températures photothermiques peuvent être mesurées en fonction de la durée pour produire un
interférogramme sur lequel est appliquée une transformée de Fourier pour obtenir le spectre des zones de l'échantillon de
taille inférieure au micron.
4.21
microscopie à capacitance à balayage
SCM
mode SPM dans lequel une sonde conductrice est utilisée pour mesurer la topographie et la capacitance
entre la pointe et l'échantillon
4.22
microscopie à potentiel chimique à balayage
SCPM
mode SPM dans lequel les variations spatiales du signal de tension thermoélectrique, créées pour un gradient
de température constant, perpendiculaire à la surface de l'échantillon, sont mesurées et reliées aux variations
spatiales du gradient de potentiel chimique
4.23
microscopie électrochimique à balayage
SECM
mode SPM dans lequel l'image se forme dans une solution électrolytique avec une pointe active
électrochimiquement
NOTE Dans la plupart des cas, la pointe SECM est une ultramicroélectrode et le signal de la pointe correspond à un
courant de Faraday induit par l'électrolyse des espèces en solution.
4.24
microscopie à sonde de Hall à balayage
SHPM
mode SPM dans lequel une sonde de Hall est utilisée comme capteur de balayage pour mesurer et
cartographier le champ magnétique issu de la surface d'un échantillon
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4.25
microscopie à conductance ionique à balayage
SICM
mode SPM dans lequel une micropipette remplie d'électrolyte est utilisée comme une sonde locale pour
l'isolation des échantillons immergés dans une solution électrol
...
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