Wat is een Atomic Force Microscope (AFM)?
Een atomaire krachtmicroscoop (AFM) is een uiterst precieze microscoop die een monster afbeeldt door een sonde snel met een punt van nanometer over het oppervlak te verplaatsen. Dit is heel anders dan een optische microscoop die gereflecteerd licht gebruikt om een monster af te beelden. Een AFM-sonde biedt een veel hogere resolutiegraad dan een optische microscoop omdat de sonde veel kleiner is dan de fijnste golflengte van zichtbaar licht. In een ultrahoog vacuüm kan een atoomkrachtmicroscoop afzonderlijke atomen weergeven. De extreem hoge resolutie heeft de AFM populair gemaakt bij onderzoekers die werkzaam zijn op het gebied van nanotechnologie.
In tegenstelling tot de scanning tunneling microscope (STM), die indirect een oppervlak afbeeldt via het meten van de mate van kwantumtunneling tussen de probe en het monster, maakt de probe in een atoomkrachtmicroscoop ofwel direct contact met het oppervlak of meet het beginnende chemische binding tussen probe en monster .
De AFM gebruikt een cantilever op microschaal met een sondepunt waarvan de grootte wordt gemeten in nanometer. Een AFM werkt in een van twee modi: contact (statische) modus en dynamische (oscillerende) modus. In statische modus wordt de sonde stilgehouden, terwijl deze in dynamische modus oscilleert. Wanneer de AFM in de buurt van of contact met het oppervlak wordt gebracht, buigt de cantilever af. Gewoonlijk bevindt zich bovenop de cantilever een spiegel die een laser reflecteert. De laser reflecteert op een fotodiode, die precies zijn afbuiging meet. Wanneer de oscillatie of positie van de AFM-tip verandert, wordt deze geregistreerd in de fotodiode en wordt een beeld opgebouwd. Soms worden meer exotische alternatieven gebruikt, zoals optische interferometrie, capacitieve detectie of piëzoresistieve (elektromechanische) sondetips.
Onder een atoomkrachtmicroscoop zien individuele atomen eruit als wazige klodders in een matrix. Om deze mate van resolutie te bieden, is een ultrahoog vacuüm omgeving en een zeer stijve cantilever vereist, waardoor deze niet van dichtbij aan het oppervlak kan blijven plakken. Het nadeel van een stijve cantilever is dat er preciezere sensoren nodig zijn om de mate van afbuiging te meten.
Scanning tunneling microscopen, een andere populaire klasse van uiterst nauwkeurige microscopen, hebben meestal een betere resolutie dan AFM's, maar een voordeel van AFM's is dat ze kunnen worden gebruikt in een vloeistof- of gasomgeving, terwijl een STM in hoog vacuüm moet werken. Dit maakt het afbeelden van natte monsters mogelijk, met name biologisch weefsel. Bij gebruik in ultrahoog vacuüm en met een stijve cantilever heeft een atoomkrachtmicroscoop een vergelijkbare resolutie als een STM.