物理学 > 应用物理
[提交于 2025年1月20日
(v1)
,最后修订 2025年4月9日 (此版本, v2)]
标题: 揭示悬臂梁扭转振动中具有悬臂和T形几何结构的模式形状复杂性和敏感性
标题: Revealing Modeshape Complexity and Sensitivity in Torsional Vibrations of Microcantilevers with Overhang- and T-shaped Geometries
摘要: 原子力显微镜(AFM)悬臂的扭转振动对于高灵敏度测量至关重要,但现有变宽度悬臂的模型通常依赖于近似方法,导致与实验数据存在显著差异。 与以往研究不同,本工作引入了一种改进的分析框架,精确计算了悬臂梁的共振频率和模态形状,包括高阶模态,并通过针对性的实验对比进行了验证。 通过对悬臂长度系统性分析,我们揭示了之前未被报道的多峰值模态形状,并展示了如何通过几何调节可控地改变共振频率。 此外,我们建立了模态敏感性和悬臂-表面耦合强度之间的定量关系,为优化AFM悬臂性能提供了可行的设计原则。 我们的研究不仅使理论预测与实验观察相一致,还为调整悬臂几何形状以实现特定频率响应提供了实用指南,例如在纳米机械成像和表面特性测绘中的应用。 这项工作通过弥合理论模型与实际操作需求之间的差距,推动了下一代AFM探针的设计。
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