Le mode Force Volume (FV) constitue une avancée majeure dans l’AFM-IR photothermique. Il combine deux approches établies : la Resonance Enhanced AFM-IR et l’imagerie en force-volume. Initialement conçu pour extraire, à chaque point d’une acquisition AFM-IR, des courbes de force (approche/rétractation) permettant de quantifier des propriétés mécaniques (élasticité, adhésion…) et l’analyse chimique tout en préservant les échantillons fragiles. Il surpasse désormais les limites des techniques AFM-IR classiques (mode contact ou tapping).

Mode de fonctionnement :

Approche de la pointe vers la surface (force-volume) : La pointe AFM s’approche de la surface de l’échantillon.

La force appliquée est contrôlée de manière relative (et non absolue comme en mode contact) par comparaison entre la déflexion du levier avant le contact à sa déflexion pendant le contact.

Phase de mesure (dwell time) de 5 ms à chaque point :

Irradiation de l’échantillon par un rayonnement IR, puis détection de l’expansion thermique via la déflexion du levier. La fréquence du laser pulsé est alors accordée sur l’une des fréquences de résonance du levier (mode résonance enhanced).

Pendant cette phase, il est possible soit :

D’utiliser un PLL (Phase-Locked Loop) pour suivre en continu la résonance et éviter les artefacts dus aux variations mécaniques,

D’effectuer un balayage (sweep) autour de la résonance de contact, afin de collecter un spectre complet de résonance de contact, permettant une mesure précise de l’absorption IR.

Phase de rétraction : La pointe se retire de la surface, ce qui permet :

Acquisition des données mécaniques (adhésion, élasticité)

Mesurer l’absorption IR.

Déplacement au point suivant et répétition du cycle : Répétition du cycle pour chaque pixel de l’image
Vitesse de balayage jusqu’à 300 Hz.

Acquisition des données

Caractéristiques :

Résolution spatiale : < 10 nm
Sensibilité : détection monocouche possible
Acquisition rapide