原子力顕微鏡（AFM）とは何ですか？

原子間力顕微鏡（AFM）は、表面全体にナノメートルサイズの先端を持つプローブを迅速に動かすことでサンプルを画像化する非常に正確な顕微鏡です。 これは、反射光を使用してサンプルを画像化する光学顕微鏡とはまったく異なります。 AFMプローブは、プローブのサイズが可視光の最高の波長よりもはるかに小さいため、光学顕微鏡よりもはるかに高い解像度を提供します。 超高真空では、原子間力顕微鏡が個々の原子を画像化できます。 その非常に高解像度の能力により、AFMはナノテクノロジーの分野で働いている研究者に人気があります。

スキャントンネル顕微鏡（STM）とは異なり、プローブとサンプル間の量子トンネルの程度を測定することにより表面を画像化します。原子間顕微鏡では、プローブは表面と直接接触するか、プローブとサンプル間の初期の化学結合を測定します。

AFMは、サイズがナノメートルで測定されるプローブチップを備えたマイクロスケールカンチレバーを使用します。 AFMは、連絡（静的）モードと動的（振動）モードの2つのモードのいずれかで動作します。 静的モードでは、プローブは静止されますが、動的モードでは振動します。 AFMが表面に近づいたり接触したりすると、カンチレバーが偏向します。 通常、カンチレバーの上には、レーザーを反映する鏡があります。 レーザーは、そのたわみを正確に測定するフォトダイオードに反映されます。 AFMチップの振動または位置が変化すると、フォトダイオードに登録され、画像が構築されます。 光学干渉、容量性センシング、ピエゾレス症（電気機械）プローブのヒントなど、よりエキゾチックな代替品が使用される場合があります。

原子力顕微鏡の下では、個々の原子はマトリックス内のファジーブロブのように見えます。 この程度の解像度を提供するには、超高真空環境が必要です。非常に硬いカンチレバーは、近距離で表面に固執するのを防ぎます。 硬いカンチレバーの欠点は、たわみの程度を測定するためにより正確なセンサーが必要であることです。

別の一般的な高精度顕微鏡であるスキャントンネル顕微鏡は、通常AFMSよりも優れた解像度を持っていますが、AFMSの利点は、液体またはガス周囲環境で使用できるのに対し、STMは高い真空で動作する必要があることです。これにより、湿ったサンプル、特に生物学的組織のイメージングが可能になります。 超高真空で使用され、硬いカンチレバーを使用すると、原子力顕微鏡はSTMと同様の解像度を持っています。