前節において、カンチレバーが軟らかい場合、カンチレバーが試料から事実上分離しない、という問題点が生じることを説明した。その一方で、カンチレバーが十分硬い場合、すなわち、ばね定数が十分に大きい場合、これまで説明してきた物理モデルでは、一切、困った問題が生じず、探針も、無事、試料表面から分離して、プロセス全体として首尾一貫した結果が得られる。-プロットが得られ、物理モデルとしてつじつまが合っていることが理解される。転移が、比較的大きな傾きの接線によって実現されている。取れていれば、探針-試料モデルは破綻しない。着を記述する物理モデルにおいては、適切なパラメータ値の組み合わせを見付け出すのが、非常に難しいという問題点が有る。理論による凝着力が適切に重なり合わないグラフが得られてしまう。探針と試料が接触出来ないという事態が生じる。等によって決まってしまうからである。予想することが出来ないのである。従って、モジュールFemAFMおよびLiqAFMにおいて、粘弾性接触力学を調べるシミュレーションを実行する際は、パラメータ値の設定において、試行錯誤を繰り返しながら、最適な値の組み合わせ探す必要がある。106に示すモデルを考えてみる。理論とは、互いに独立して構成された理論である。続させることに、そもそも無理があると考えられる。分子間力曲線について考えてみる。この曲線は、あらゆる距離のスケールにおいて、引力のみが働くことを示している。現実の物理現象を適切に表しているとは言えない。際の物理現象を反映していて、妥当と考えられる。理論の凝着力曲線とを接続する方法について考えることにする。理論による凝着力曲線に基づいて、探針と試料が離れる瞬間の距離を、カットオフと見なすことにする。理論による凝着力曲線に加えて、これを新しい凝着力曲線と見なすことにする。JKR”と書かれた赤い曲線が、これに相当する。シミュレータに実装することは、今後の課題である。微鏡のシミュレーションを実行する。式を数値的に解くことにより、探針・試料間に全体として働く力を求める。論と弾性体方程式である。従って、FemAFMは現象論的な力場を用いて、古典力学により問題を取り扱う点に特徴がある。FemAFMでは量子力学的な効果は考慮されない。FemAFMでは、探針、試料は、それぞれ単一の材質から成る弾性体と見なされる。そのため、例えば、試料が複雑な分子構造を持つ高分子鎖であっても、シミュレーションにおいては、全体で単一の物質として扱われてしまい、試料のミクロな原子配列ではなく、それらの平均としての効果を数値計算に反映させることになる。探針の巨視的な変形を再現する。これらの理由から、FemAFMは材料の比較的マクロな性質を再現するのに適していると言える。逆に、「試料表面の原子構造をAFM画像として捉える」といった、ミクロなレベルでのシミュレーションには、FemAFMは適していない。MDあるいはDFTBというソルバーを用いて頂きたい。FemAFMは、生体高分子や半導体デバイス表面等における、原子間力顕微鏡の巨視的な計測をシミュレートするのに便利なツールであると言える。FemAFMには、以下の3種類の計算モードが用意されている。[femafm_Van_der_Waals_force]一般的な接触型AFM画像をシミュレートするモードである。2次元的に走査する各点においては、弾性方程式を解くことによって、探針と試料がファンデルワールス力の相互作用の下で変形を受けた平衡状態が算出されている。この静的な平衡状態で探針の受ける力が、AFM画像として出力される。[femafm_frequency_shift]周波数シフトを用いる非接触型AFM画像をシミュレートするモードである。一定の周波数で探針を励振させながら、試料表面を走査して、探針-試料間の相互作用によって引き起こされる共鳴周波数のずれを、2次元平面上にプロットする。シミュレーションにおいては、探針先端部は、試料に接触しないものと仮定している。針が試料表面に接触した場合は、その時点でシミュレーションは停止する設定になっている。[femafm_JKR]71探針-試料間の粘弾性接触力学をシミュレーションするモードである。試料表面上のある一点で、探針を垂直方向にゆっくり移動させ、探針を試料表面のごく近くまで接近させ、また引き離す。探針が試料表面に接触する、凝着力によって試料と強く接着する、試料外部に押し戻される、試料表面から離脱する、という一連の過程をシミュレートする。探針が試料から受ける外力の変化等が、出力データとして得られる。Roberts)理論が成立すると仮定する。ユーザは上記の3種類の計算を、目的に応じて使い分けることができる。前節で説明したように、FemAFMでは、探針および試料を連続弾性体として取り扱い、弾性方程式を解くことでシミュレーションを実行する。FemAFMでは、弾性方程式を数値的に解く手段として、有限要素法が採用されている。探針および試料をメッシュ分割する手順は以下の通りである。対象となる物体(探針または試料)が、分子構造のデータとして与えられているとする。上に射影し、分子が存在する平面領域を、一辺が1[Å]の正方格子でメッシュ分割する。平面上の正方格子の各単位セルに対して、物体の高さ情報を対応させる。これにより、2次元格子上の表面モデルが形成されたことになる。散化されたことになる。107のように、5個の四面体要素に分割する。これにより、物体は、四面体要素のメッシュに分割されたことになる。遠距離相互作用として、以下のファンデルワールス力が採用される。原子の斥力半径とする。超える場合、ファンデルワールス力は作用しないとする。導入は、ファンデルワールス力が発散するのを防ぎ、数値計算結果を安定化させる働きがある。連続弾性体が満たすべき弾性方程式は、以下で与えられるとする。