Hvad er et Atomic Force Microscope (AFM)?

Et atomkraftmikroskop (AFM) er et ekstremt præcist mikroskop, der afbilder en prøve ved hurtigt at bevæge en sonde med en spidsstørrelse på nanometer over dens overflade. Dette er ganske anderledes end et optisk mikroskop, der bruger reflekteret lys til at afbilde en prøve. En AFM-sonde tilbyder en meget højere opløsningsgrad end et optisk mikroskop, fordi sondens størrelse er meget mindre end den fineste bølgelængde af synligt lys. I et ultrahøjt vakuum kan et atomkraftmikroskop forestille individuelle atomer. Dets ekstreme høje opløsningsmuligheder har gjort AFM populær blandt forskere, der arbejder inden for nanoteknologi.

I modsætning til scanningstunnelmikroskopet (STM), der afbilder en overflade indirekte ved at måle graden af ​​kvantetunneling mellem sonden og prøven, skifter sonden i et atomkraftmikroskop enten direkte kontakt med overfladen eller måler begyndende kemisk binding mellem probe og prøve .

AFM bruger en mikroskala cantilever med en sondespids, hvis størrelse måles i nanometer. En AFM fungerer i en af ​​to tilstande: kontakt (statisk) tilstand og dynamisk (oscillerende) tilstand. I statisk tilstand holdes sonden stille, mens den i dynamisk tilstand svinger. Når AFM'en bringes tæt på eller kommer i kontakt med overfladen, afbøjes udtaksen. Normalt er der ovenpå cantileveren et spejl, der reflekterer en laser. Laseren reflekteres på en fotodiode, der præcist måler dens afbøjning. Når svingningen eller positionen for AFM-spidsen ændres, registreres den i fotodioden, og der opbygges et billede. Undertiden bruges mere eksotiske alternativer, såsom optisk interferometri, kapacitiv sensing eller piezoresistive (elektromekaniske) sonde-tip.

Under et atomkraftmikroskop ser individuelle atomer ud som fuzzy klatter i en matrix. For at tilvejebringe denne opløsningsgrad kræves et ultrahøjt vakuummiljø og en meget stiv udkragning, som forhindrer, at den klæber til overfladen på tæt hold. Ulempen med en stiv cantilever er det, der kræver mere præcise sensorer for at måle graden af ​​afbøjning.

Scanning af tunnelmikroskoper, en anden populær klasse mikroskoper med høj præcision, har normalt bedre opløsning end AFM'er, men en fordel ved AFM'er er, at de kan bruges i et væske- eller gasomgivelsesmiljø, mens en STM skal fungere i højvakuum. Dette muliggør billeddannelse af våde prøver, især biologisk væv. Når det bruges i ultrahøj vakuum og med en stiv cantilever, har et atomkraftmikroskop svarende til en STM.