Co je to atomový silový mikroskop (AFM)?

Atomový silový mikroskop (AFM) je extrémně přesný mikroskop, který zobrazuje vzorek rychlým pohybem sondy s hrotem o velikosti nanometrů přes jeho povrch. To je zcela odlišné od optického mikroskopu, který k zachycení vzorku používá odražené světlo. Sonda AFM nabízí mnohem vyšší rozlišení než optický mikroskop, protože velikost sondy je mnohem menší než nejjemnější vlnová délka viditelného světla. V ultra vysokém vakuu může mikroskop atomové síly zobrazovat jednotlivé atomy. Díky svým extrémně vysokým rozlišovacím schopnostem se AFM stala populárnější u vědců pracujících v oblasti nanotechnologií.

Na rozdíl od rastrovacího tunelového mikroskopu (STM), který zobrazuje povrch nepřímo měřením stupně kvantového tunelování mezi sondou a vzorkem, v mikroskopu atomové síly sonda buď přímo kontaktuje s povrchem, nebo měří počáteční chemické propojení mezi sondou a vzorkem .

AFM používá konzolu pro mikroskopické měřítko se špičkou sondy, jejíž velikost se měří v nanometrech. AFM pracuje v jednom ze dvou režimů: kontaktní (statický) a dynamický (oscilační). Ve statickém režimu je sonda stále v klidu, zatímco v dynamickém režimu osciluje. Když se AFM přiblíží k povrchu nebo se dotkne povrchu, konzola se vychýlí. Na konzole je obvykle zrcadlo, které odráží laser. Laser se odráží na fotodiodě, která přesně měří jeho vychýlení. Když se změní kmitání nebo poloha špičky AFM, je zaregistrována ve fotodiodě a je vytvořen obraz. Někdy se používají exotičtější alternativy, jako je optická interferometrie, kapacitní snímání nebo piezoresistivní (elektromechanické) sondy.

Pod mikroskopem atomové síly vypadají jednotlivé atomy jako matné skvrny. K zajištění tohoto stupně rozlišení je třeba prostředí s velmi vysokým vakuem a velmi tuhé konzolové rameno, které zabraňuje přilepování na povrch v těsné blízkosti. Nevýhodou tuhé konzolové konzoly je to, že k měření stupně vychýlení je zapotřebí přesnějších senzorů.

Skenovací tunelové mikroskopy, další populární třída vysoce přesných mikroskopů, mají obvykle lepší rozlišení než AFM, ale výhodou AFM je, že mohou být použity v prostředí s kapalným nebo plynovým prostředím, zatímco STM musí pracovat ve vysokém vakuu. To umožňuje zobrazení mokrých vzorků, zejména biologických tkání. Při použití ve velmi vysokém vakuu a s tuhou konzolou má mikroskop atomové síly podobné rozlišení jako STM.