Co je mikroskop atomové síly (AFM)?

Mikroskop atomové síly (AFM) je extrémně přesný mikroskop, který zobrazuje vzorek rychlým přesunutím sondy se špičkou velikosti nanometru přes její povrch. To je zcela odlišné od optického mikroskopu, který používá odražené světlo k zobrazení vzorku. Sonda AFM nabízí mnohem vyšší stupeň rozlišení než optický mikroskop, protože velikost sondy je mnohem menší než nejlepší vlnová délka viditelného světla. V ultra vysokém vakuu může mikroskop atomové síly představit jednotlivé atomy. Díky extrémně schopnostem s vysokým rozlišením byly AFM populární u vědců pracujících v oblasti nanotechnologie.

Na rozdíl od skenovacího tunelovacího mikroskopu (STM), který představuje povrch nepřímo měřením stupně kvantového tunelování mezi sondou a vzorkem, v mikroskopu atomové síly sonda buď přímý kontakt s povrchem nebo měřením počáteční chemické vazby mezi sondou a vzorkem.

AFM používá konzolu mikroskopické s sondou, jejíž velikost je měřena v nanometrech. AFM pracuje v jednom ze dvou režimů: kontaktní (statický) režim a dynamický (oscilační) režim. Ve statickém režimu je sonda udržována v klidu, zatímco v dynamickém režimu osciluje. Když se AFM přiblíží nebo kontaktuje povrch, konzola se vychýlí. Na vrcholu konzoly je obvykle zrcadlo, které odráží laser. Laser se odráží na fotodiodu, která přesně měří jeho vychýlení. Když se změní oscilace nebo poloha špičky AFM, je zaregistrována ve fotodiodě a je vytvořen obrázek. Někdy se používají exotičtější alternativy, jako je optická interferometrie, kapacitní snímání nebo piezorestitivní (elektromechanické) sondy.

Pod mikroskopem atomové síly vypadají jednotlivé atomy jako fuzzy kuličky v matrici. Poskytnout tento stupeň rozlišení vyžaduje ultra vysoké vakuové prostředí aVelmi tuhý konzol, který zabraňuje jeho držení na povrch v blízkém dosahu. Nevýhodou ztuhlé konzoly je, že k měření stupně výchylky vyžaduje přesnější senzory.

Skenovací tunelovací mikroskopy, další populární třída vysoce přesných mikroskopů, obvykle mají lepší rozlišení než AFM, ale výhodou AFM je, že je lze použít v prostředí kapaliny nebo plynu, zatímco STM musí pracovat ve vysokém vakuu. To umožňuje zobrazování mokrých vzorků, zejména biologické tkáně. Při použití v ultra vysokém vakuu a s tuhým konzolem má atomový mikroskop podobné rozlišení jako STM.