SPMシミュレータ　有機・生体分子分野の代表的な計算例　最初の画面

SPMシミュレータ 有機・生体分子分野の代表的な計算例

Typical Examples for Organic and Biological molecules in the Scanning Probe Microscope Simulator

このホームページは、SPMシミュレータの　有機・生体分子分野の代表的な計算例 を掲載することを目的としています。


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以下の項目をクリックすると各ソルバー代表事例先頭にジャンプします。

Analyzer(実験データ画像処理プロセッサ)
GeoAFM(高速相互予測AFMシミュレータ)
FemAFM(連続弾性体AFMシミュレータ)
LiqAFM(液中ソフトマテリアルAFMシミュレータ)
macroKPFM(ｍａｃｒｏＫＰＦＭシミュレータ)
CG(構造最適化AFM像シミュレータ)
CG-RISM(原子スケール液中AFM像シミュレータ)
MD(分子動力学AFM像シミュレータ)

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Analyzer(実験データ画像処理プロセッサ)

「Analyzer(実験データ画像処理プロセッサ)」には、様々な画像処理機能が用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
実験データの読み込み、基板面の傾き補正、および、立体表示機能
画像のフーリエ解析
画像の高解像度化
ニューラルネットワーク学習法による像補正
探針形状推定と探針影響除去
画像の二値化
コントラスト調整機能
エッジ抽出機能
ノイズ除去機能
断面図の表示
3点で指定される角度の計測


●実験データの読み込み、基板面の傾き補正、および、立体表示機能

各メーカーのSPM実験装置から出力されたバイナリ形式の生の実験データを読み込み、基板面の傾斜を補正し、画像を立体表示します。

●画像のフーリエ解析

SPM実験画像データをフーリエ解析し、特定の周波数成分を強調した図に変換します。

●画像の高解像度化

SPM実験画像データをフーリエ解析し、特定の周波数成分を強調した図に変換します。

●ニューラルネットワーク学習法による像補正

ニューラルネットにより探針の描くSPM画像の特徴を学習し、この学習データを元に、探針によって生じたSPM画像のアーティファクトを除去します。

●探針形状推定と探針影響除去

Blind Tip Reconstruction Methodにより、SPM実験データ画像から探針形状を推定し、この探針形状に関する情報を使って、オリジナルのSPM実験データ画像からアーティファクトを除去します。

●画像の二値化

閾値を指定して、SPMデータ画像を白黒二値化します。

●コントラスト調整機能

ガンマ補正により、SPMデータ画像に対してコントラスト調整を行います。

●エッジ抽出機能

Sobelフィルタにより、SPMデータ画像に対してエッジ抽出できます。

●ノイズ除去機能

メディアンフィルタ処理により、SPMデータ画像に対してノイズ除去できます。

●断面図の表示

SPMデータ画像上に２点を指定して、その2点を結ぶ線分での断面図を表示します。

●3点で指定される角度の計測

SPMデータ画像上において、3点A, B, Cを指定することにより、線分AB、線分BCの長さ、∠ABCの角度を測定します。
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GeoAFM(高速相互予測AFMシミュレータ)

「GeoAFM(高速相互予測AFMシミュレータ)」には、以下の三つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
探針形状データ、試料表面形状データから、測定AFM像データを求めるモード
探針形状データ、測定AFM像データから、試料表面形状データを求めるモード
試料表面形状データ、測定AFM像データから、探針形状データを求めるモード

●探針形状データ、試料表面形状データから、測定AFM像データを求めるモード

●探針形状データ、測定AFM像データから、試料表面形状データを求めるモード

●試料表面形状データ、測定AFM像データから、探針形状データを求めるモード


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FemAFM(連続弾性体AFMシミュレータ)

「FemAFM(連続弾性体AFMシミュレータ)」には、以下の三つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
ノンコンタクトモード
カンチレバー先端の探針が、試料表面から数Å離れた状態で原子間に働く相互作用を測定しつつ、試料表面を走査する状況に対応しています。
周波数シフト像モード
カンチレバーを外力によって一定の周波数で振動させながら、非接触で試料表面に近付け、探針-試料間の相互作用により生じる周波数シフトの分布画像を求める状況に対応しています。
粘弾性接触解析モード
試料表面の一点上において、外力によってカンチレバーを一定の周波数で振動させ、探針が試料に接触し、試料内部に押し込まれてから、引き戻されて離脱する直前までの様子を再現します。
DLVO 理論解析モード
ファンデルワールス力と、電気二重層による斥力の、二種類の相互作用を考慮して、AFM 像をシミュレートします。

●ノンコンタクトモード

●周波数シフト像モード

●粘弾性接触解析モード

●DLVO 理論解析モード

DLVO 理論とは、Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek 理論の略で、電解溶 液中に形成される電気二重層の相互作用を記述する理論です。DLVO 理論では、探針・試料 表面には負イオンが付着し、マイナスに帯電しているとします。探針・試料は、正・負の 両方のイオンが溶け込んだ電解溶液中にあるとします。

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LiqAFM(液中ソフトマテリアルAFMシミュレータ)

「LiqAFM(液中ソフトマテリアルAFMシミュレータ)」には、以下の五つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
パラメータ・スキャンモード
(Parameter Scan (Resonance Curve))
カンチレバーの共鳴曲線を求め、共振周波数を調べます。あらかじめ定められた範囲内において一定間隔で周波数を取り出し、それら各周波数でカンチレバーの根元を外力により励振させ、カンチレバーの動きの時間発展を調べます。最終的には、、横軸に周波数、縦軸に対応する周波数成分の振幅とした共鳴曲線を求めます。この曲線から、共振周波数を推定できます。
非粘弾性試料解析モード
(Point oscillation, Viscoelasticity off)
試料表面上の一点において、カンチレバーの根元を外力によって一定の周波数で振動させ、その時間発展を計算します。この際、試料は粘弾性の性質を持っておらず、探針が試料し接触しても凝着力が生じないと仮定します。
粘弾性接触解析モード
(Point oscillation, Viscoelasticity on)
試料表面の一点上において、カンチレバーの根元を外力によって一定の周波数で振動させ、探針が試料に接触し、試料内部に押し込まれてから、引き戻されて離脱する直前までの様子を再現します。
タッピング機能モード
タッピング機能では、探針の付いたカンチレバーを一定の周期・振幅で振動させ、試料表面を走査します。探針が試料表面から離れているときはファンデルワールス力が働くと仮定します。探針が試料表面に接触しているときは、系はJohnson-Kendall-Roberts (JKR)理論によって記述されると仮定します。
タッピング機能による逆問題モード
周波数シフト、位相シフトの値が観測値として与えられているとして、、それらの値を再現するヤング率、表面張力を求めます。

●パラメータ・スキャンモード(Parameter Scan (Resonance Curve))


●非粘弾性試料解析モード(Point oscillation, Viscoelasticity off)

●粘弾性試料接触解析モード(Point oscillation, Viscoelasticity on)

●タッピング機能モード

タッピング機能による周波数シフト・位相シフト AFM 像シミュレーション

●タッピング機能による逆問題モード

タッピング機能による逆問題シミュレーション

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macroKPFM(ｍａｃｒｏＫＰＦＭシミュレータ)

「macroKPFM(ｍａｃｒｏＫＰＦＭシミュレータ)」には、以下の六つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
macroKPFM_Forceモード
macroKPFM_LCPDモード
macroKPFM_DLVO_Forceモード
macroKPFM_DLVO_LCPDモード
macroKPFM_DLVO_vdW_Forceモード
macroKPFM_DLVO_vdW_LCPDモード

●macroKPFM_Forceモード

●macroKPFM_LCPDモード

●macroKPFM_DLVO_Forceモード

●macroKPFM_DLVO_LCPDモード

●macroKPFM_DLVO_vdW_Forceモード

●macroKPFM_DLVO_vdW_LCPDモード


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CG(構造最適化AFM像シミュレータ)

「CG(構造最適化AFM像シミュレータ)」には、以下の五つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
高さ一定モード
探針を高さ一定で平面上を走査し、探針に作用する力を計算します。
力一定モード
平面上の各位置において、探針に作用する力が設定した値と近くなる探針高さを求めます。 （水中計算は対応していません。）
高さ一定・ノンコンタクトモード
探針を振動させながら高さ一定で平面上を走査し、探針に作用する力を計算します。周波数シフト像を得ることができます。
フォースカーブ測定モード
あるxy位置で探針を試料に近づけ、探針に作用する力を計算します。
力最小モード
平面上の各位置において、探針に作用する力の値が最小になる探針高さを求めます。（水中計算は対応していません。）
「CG(構造最適化AFM像シミュレータ)」では、探針を試料に近づけることによる試料分子の変形を考慮したシミュレーションが可能です。分子内部のエネルギーが最小になるような原子配置を探索することにより、安定な分子構造を求めることができます。
「CG(構造最適化AFM像シミュレータ)」は、真空中での計算だけでなく、RISM法を用いて水中での計算も扱うことができます。

●高さ一定モード

●力一定モード

●高さ一定・ノンコンタクトモード

●フォースカーブ測定モード

●力最小モード


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CG-RISM(原子スケール液中AFMシミュレーション)

「原子スケール液中AFMシミュレーション」には、以下の三つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
高さ一定、力の2次元マップモード: [ConstZ] 　
探針を高さ一定で平面上を走査し、探針に作用する力を計算します。
フォースカーブモード: [ForceCurve]
あるxy位置で探針を試料に近づけ、探針に作用する力を計算します。
周波数シフトAFM像モード: [ncAFM-ConstZ]
探針を振動させながら高さ一定で平面上を走査し、探針に作用する力を計算します。周波数シフト像を得ることができます。
「原子スケール液中AFMシミュレーション」では、Reference Interaction Site Model（RISM）法を採用しています。

●高さ一定、力の2次元マップモード: [ConstZ]

●フォースカーブモード: [ForceCurve]

●周波数シフトAFM像モード: [ncAFM-ConstZ]


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MD(分子動力学AFM像シミュレータ)

「MD(分子動力学AFM像シミュレータ)」には、以下の四つのモードが用意されています。

以下の項目をクリックするとジャンプします。
フォースカーブ測定モード
あるxy位置で探針を試料に近づけ、探針に作用する力を計算します。
高さ一定モード
探針を高さ一定で平面上を走査し、探針に作用する力を計算します。 --> （水中計算は対応していません。）
高さ一定・ノンコンタクトモード
探針を振動させながら高さ一定で平面上を走査し、周波数シフトを計算します。
緩和計算
シミュレーションの前準備として試料分子の構造の緩和計算を行います。
「MD(分子動力学AFM像シミュレータ)」では、探針を試料に近づけることによる試料分子の変形を考慮したシミュレーションが可能です。原子一つ一つについてニュートンの運動方程式を解くことにより、分子構造の時間変化を求めることが出来ます。

●フォースカーブ測定モード

●高さ一定モード

●高さ一定・ノンコンタクトモード

●緩和計算


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