Qu'est-ce qu'un microscope à force atomique (AFM)?
Un microscope à force atomique (AFM) est un microscope extrêmement précis qui permet de capturer un échantillon en déplaçant rapidement une sonde avec une pointe de taille nanométrique sur sa surface. Ceci est très différent d'un microscope optique qui utilise la lumière réfléchie pour imager un échantillon. Une sonde AFM offre un degré de résolution bien supérieur à celui d'un microscope optique car sa taille est beaucoup plus petite que la longueur d'onde la plus fine de la lumière visible. Dans un très haut vide, un microscope à force atomique peut imager des atomes individuels. Ses capacités de résolution extrêmement élevées ont rendu l'AFM populaire auprès des chercheurs travaillant dans le domaine de la nanotechnologie.
Contrairement au microscope à effet tunnel (STM), qui permet de visualiser indirectement une surface en mesurant le degré de tunnel quantique entre la sonde et l'échantillon, la sonde établit un contact direct avec la surface ou mesure le début de la liaison chimique entre la sonde et l'échantillon. .
L’AFM utilise un porte-à-faux microscopique avec une pointe de sonde dont la taille est mesurée en nanomètres. Un AFM fonctionne dans l'un des deux modes suivants: mode contact (statique) et mode dynamique (oscillant). En mode statique, la sonde est maintenue immobile tandis qu'en mode dynamique, elle oscille. Lorsque l'AFM est approché de la surface ou en contact avec elle, le cantilever dévie. Habituellement, sur le porte-à-faux se trouve un miroir qui réfléchit un laser. Le laser se reflète sur une photodiode, qui mesure précisément sa déviation. Lorsque l'oscillation ou la position de la pointe de l'AFM change, celle-ci est enregistrée dans la photodiode et une image est créée. Parfois, des alternatives plus exotiques sont utilisées, telles que l’interférométrie optique, la détection capacitive ou les pointes de sonde piézorésistives (électromécaniques).
Sous un microscope à force atomique, les atomes individuels ressemblent à des taches floues dans une matrice. Pour obtenir ce degré de résolution, il faut un environnement sous vide ultra poussé et un porte-à-faux très rigide, ce qui l’empêche de coller à la surface de près. L'inconvénient d'un porte-à-faux rigide est qu'il nécessite des capteurs plus précis pour mesurer le degré de déviation.
Les microscopes à effet tunnel à balayage, une autre classe populaire de microscopes de haute précision, ont généralement une meilleure résolution que les AFM, mais un avantage des AFM est qu'ils peuvent être utilisés dans un environnement ambiant liquide ou gazeux alors qu'un STM doit fonctionner sous vide poussé. Cela permet l'imagerie d'échantillons humides, en particulier de tissus biologiques. Utilisé sous ultra-vide et avec un porte-à-faux rigide, un microscope à force atomique a une résolution similaire à celle d'un STM.