Che cos'è un microscopio a forza atomica (AFM)?
Un microscopio a forza atomica (AFM) è un microscopio estremamente preciso che immagina un campione muovendo rapidamente una sonda con una punta di dimensioni nanometriche sulla sua superficie. Questo è abbastanza diverso da un microscopio ottico che utilizza la luce riflessa per immaginare un campione. Una sonda AFM offre un grado di risoluzione molto più elevato rispetto a un microscopio ottico poiché la dimensione della sonda è molto più piccola della lunghezza d'onda più fine della luce visibile. In un vuoto ultra elevato, un microscopio a forza atomica può rappresentare singoli atomi. Le sue capacità di risoluzione estremamente elevate hanno reso l'AFM popolare tra i ricercatori che lavorano nel campo della nanotecnologia.
A differenza del microscopio a tunnel di scansione (STM), che mostra una superficie indirettamente misurando il grado di tunneling quantico tra la sonda e il campione, in un microscopio a forza atomica la sonda entra in contatto diretto con la superficie o misura il legame chimico incipiente tra sonda e campione .
L'AFM utilizza un cantilever in microscala con una punta della sonda la cui dimensione è misurata in nanometri. Un AFM funziona in una delle due modalità: contatto (statico) e dinamico (oscillante). In modalità statica, la sonda rimane ferma, mentre in modalità dinamica oscilla. Quando l'AFM viene avvicinato o contatta la superficie, il cantilever si flette. Di solito, in cima al cantilever c'è uno specchio che riflette un laser. Il laser si riflette su un fotodiodo, che misura con precisione la sua deflessione. Quando l'oscillazione o la posizione della punta AFM cambia, viene registrata nel fotodiodo e viene creata un'immagine. A volte vengono utilizzate alternative più esotiche, come l'interferometria ottica, il rilevamento capacitivo o le punte della sonda piezoresistive (elettromeccaniche).
Sotto un microscopio a forza atomica, i singoli atomi sembrano macchie confuse in una matrice. Per fornire questo grado di risoluzione è necessario un ambiente di vuoto ultra elevato e un cantilever molto rigido, che gli impedisce di aderire alla superficie a distanza ravvicinata. Il rovescio della medaglia di un cantilever rigido è che richiede sensori più precisi per misurare il grado di deflessione.
I microscopi a scansione a tunnel, un'altra classe popolare di microscopi ad alta precisione, di solito hanno una risoluzione migliore rispetto agli AFM, ma un vantaggio degli AFM è che possono essere utilizzati in un ambiente ambiente liquido o gassoso mentre un STM deve operare in un vuoto elevato. Ciò consente l'imaging di campioni bagnati, in particolare di tessuti biologici. Se utilizzato in un vuoto ultra elevato e con un cantilever rigido, un microscopio a forza atomica ha una risoluzione simile a un STM.