Recent advancements in liquid atomic force microscopy make it an ideal technique for probing the structure of solid-liquid interfaces. Here, we present a structural study of a two-dimensional amorphous silica bilayer immersed in an aqueous solution utilizing liquid atomic force microscopy with sub-nanometer resolution. Structures show good agreement with atomically resolved ultra-high vacuum scanning tunneling microscopy images obtained on the same sample system, owing to the structural stability of the silica bilayer and the imaging clarity from the two-dimensional sample system. Pair distance histograms of ring center positions are utilized to develop quantitative metrics for structural comparison, and the physical origin of pair distance histogram peaks is addressed by direct assessment of real space structures.

1.
M. A.
Brown
,
A.
Goel
, and
Z.
Abbas
,
Angew. Chem., Int. Ed.
55
,
3790
(
2016
).
2.
F.
Ohnesorge
and
G.
Binnig
,
Science
260
,
1451
(
1993
).
4.
S.
Morita
,
F. J.
Giessibl
,
E.
Meyer
, and
R.
Wiesendanger
,
Noncontact Atomic Force Microscopy
(
Springer
,
2015
), Vol.
3
.
5.
D. A.
Bonnell
,
D. N.
Basov
,
M.
Bode
,
U.
Diebold
,
S. V.
Kalinin
,
V.
Madhavan
,
L.
Novotny
,
M.
Salmeron
,
U. D.
Schwarz
, and
P. S.
Weiss
,
Rev. Mod. Phys.
84
,
1343
(
2012
).
6.
A.
Labuda
,
K.
Kobayashi
,
Y.
Miyahara
, and
P.
Grütter
,
Rev. Sci. Instrum.
83
,
053703
(
2012
).
7.
D. J.
Müller
,
D.
Fotiadis
,
S.
Scheuring
,
S. A.
Müller
, and
A.
Engel
,
Biophys. J.
76
,
1101
(
1999
).
8.
S.
Rode
,
N.
Oyabu
,
K.
Kobayashi
,
H.
Yamada
, and
A.
Kuehnle
,
Langmuir
25
,
2850
(
2009
).
9.
K.
Kobayashi
,
N.
Oyabu
,
K.
Kimura
,
S.
Ido
,
K.
Suzuki
,
T.
Imai
,
K.
Tagami
,
M.
Tsukada
, and
H.
Yamada
,
J. Chem. Phys.
138
,
184704
(
2013
).
10.
S.
Rode
,
R.
Stark
,
J.
Luebbe
,
L.
Troeger
,
J.
Schuette
,
K.
Umeda
,
K.
Kobayashi
,
H.
Yamada
, and
A.
Kuehnle
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
073703
(
2011
).
11.
A.
Maali
,
C.
Hurth
,
T.
Cohen-Bouhacina
,
G.
Couturier
, and
J.-P.
Aimé
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
163504
(
2006
).
12.
S. M. R.
Akrami
,
H.
Nakayachi
,
T.
Watanabe-Nakayama
,
H.
Asakawa
, and
T.
Fukuma
,
Nanotechnology
25
,
455701
(
2014
).
13.
T.
Fukuma
,
K.
Kobayashi
,
K.
Matsushige
, and
H.
Yamada
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
034101
(
2005
).
14.
D.
Ebeling
and
S. D.
Solares
,
Nanotechnology
24
,
135702
(
2013
).
15.
K.
Suzuki
,
N.
Oyabu
,
K.
Kobayashi
,
K.
Matsushige
, and
H.
Yamada
,
Appl. Phys. Express
4
,
125102
(
2011
).
16.
N.
Kobayashi
,
S.
Itakura
,
H.
Asakawa
, and
T.
Fukuma
,
J. Phys. Chem. C
117
,
24388
(
2013
).
17.
T.
Ichii
,
M.
Negami
, and
H.
Sugimura
,
J. Phys. Chem. C
118
,
26803
(
2014
).
18.
Y.
Gan
and
G. V.
Franks
,
J. Phys. Chem. B
109
,
12474
(
2005
).
19.
E. T.
Herruzo
,
H.
Asakawa
,
T.
Fukuma
, and
R.
Garcia
,
Nanoscale
5
,
2678
(
2013
).
20.
J. S.
Villarrubia
,
J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol.
102
,
425
(
1997
).
21.
F. F.
Abraham
and
I. P.
Batra
,
Surf. Sci. Lett.
209
,
L125
(
1989
).
22.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
23.
L.
Lichtenstein
,
M.
Heyde
,
S.
Ulrich
,
N.
Nilius
, and
H.-J.
Freund
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
354010
(
2012
).
24.
E.
Gao
,
B.
Xie
, and
Z.
Xu
,
J. Appl. Phys.
119
,
014301
(
2016
).
25.
F.
Ringleb
,
Y.
Fujimori
,
H.-F.
Wang
,
H.
Ariga
,
E.
Carrasco
,
M.
Sterrer
,
H.-J.
Freund
,
L.
Giordano
,
G.
Pacchioni
, and
J.
Goniakowski
,
J. Phys. Chem. C
115
,
19328
(
2011
).
26.
F.
Ringleb
,
M.
Sterrer
, and
H.-J.
Freund
,
Appl. Catal., A
474
,
186
(
2014
).
27.
X.
Yu
,
E.
Emmez
,
Q.
Pan
,
B.
Yang
,
S.
Pomp
,
W. E.
Kaden
,
M.
Sterrer
,
S.
Shaikhutdinov
,
H.-J.
Freund
,
I.
Goikoetxea
,
R.
Wlodarczyk
, and
J.
Sauer
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
18
,
3755
(
2016
).
28.
L.
Lichtenstein
,
C.
Buechner
,
B.
Yang
,
S.
Shaikhutdinov
,
M.
Heyde
,
M.
Sierka
,
R.
Wlodarczyk
,
J.
Sauer
, and
H.-J.
Freund
,
Angew. Chem., Int. Ed.
51
,
404
(
2012
).
29.
B.
Yang
,
W. E.
Kaden
,
X.
Yu
,
J. A.
Boscoboinik
,
Y.
Martynova
,
L.
Lichtenstein
,
M.
Heyde
,
M.
Sterrer
,
R.
Wlodarczyk
,
M.
Sierka
,
J.
Sauer
,
S.
Shaikhutdinov
, and
H.-J.
Freund
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
11344
(
2012
).
30.
H.-P.
Rust
,
M.
Heyde
, and
H.-J.
Freund
,
Rev. Sci. Instrum.
77
,
043710
(
2006
).
31.
M.
Heyde
,
G. H.
Simon
,
H.-P.
Rust
, and
H.-J.
Freund
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
263107
(
2006
).
32.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4949556 for additional microscopy of the silica bilayer film.
33.
D.
Löffler
,
J. J.
Uhlrich
,
M.
Baron
,
B.
Yang
,
X.
Yu
,
L.
Lichtenstein
,
L.
Heinke
,
C.
Büchner
,
M.
Heyde
,
S.
Shaikhutdinov
,
H.-J.
Freund
,
R.
Włodarczyk
,
M.
Sierka
, and
J.
Sauer
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
146104
(
2010
).
34.
C.
Buechner
,
L.
Lichtenstein
,
X.
Yu
,
J. A.
Boscoboinik
,
B.
Yang
,
W. E.
Kaden
,
M.
Heyde
,
S. K.
Shaikhutdinov
,
R.
Wlodarczyk
,
M.
Sierka
,
J.
Sauer
, and
H.-J.
Freund
,
Chem.-Eur. J.
20
,
9176
(
2014
).
35.
E. I.
Altman
,
J.
Götzen
,
N.
Samudrala
, and
U. D.
Schwarz
,
J. Phys. Chem. C
117
,
26144
(
2013
).
36.
P. Y.
Huang
,
S.
Kurasch
,
J. S.
Alden
,
A.
Shekhawat
,
A. A.
Alemi
,
P. L.
McEuen
,
J. P.
Sethna
,
U.
Kaiser
, and
D. A.
Muller
,
Science
342
,
224
(
2013
).
37.
P. Y.
Huang
,
S.
Kurasch
,
A.
Srivastava
,
V.
Skakalova
,
J.
Kotakoski
,
A. V.
Krasheninnikov
,
R.
Hovden
,
Q.
Mao
,
J. C.
Meyer
,
J.
Smet
,
D. A.
Muller
, and
U.
Kaiser
,
Nano Lett.
12
,
1081
(
2012
).
38.
L.
Lichtenstein
,
M.
Heyde
, and
H.-J.
Freund
,
J. Phys. Chem. C
116
,
20426
(
2012
).
39.
A. C.
Wright
,
J. Non-Cryst. Solids
179
,
84
(
1994
).
40.
M.
Kitta
,
M.
Kohyama
, and
H.
Onishi
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
111606
(
2014
).
41.
G.
Serrano
,
B.
Bonanni
,
M.
Di Giovannantonio
,
T.
Kosmala
,
M.
Schmid
,
U.
Diebold
,
A.
Di Carlo
,
J.
Cheng
,
J.
VandeVondele
,
K.
Wandelt
, and
C.
Goletti
,
Adv. Mater. Interfaces
2
,
1500246
(
2015
).
42.
E. I.
Altman
and
U. D.
Schwarz
,
Adv. Mater. Interfaces
1
,
1400108
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.