Wat is een atomaire krachtmicroscoop (AFM)?
Een atomaire krachtmicroscoop (AFM) is een extreem precieze microscoop die een monster beeelt door een sonde snel te verplaatsen met een tip van nanometer over het oppervlak. Dit is heel anders dan een optische microscoop die gereflecteerd licht gebruikt om een monster in beeld te brengen. Een AFM -sonde biedt een veel hogere mate van resolutie dan een optische microscoop omdat de grootte van de sonde veel kleiner is dan de beste golflengte van zichtbaar licht. In een ultrahoge vacuüm kan een atomaire krachtmicroscoop individuele atomen in beeld brengen. De extreem hoge resolutie -mogelijkheden hebben de AFM populair gemaakt bij onderzoekers die op het gebied van nanotechnologie werken.
In tegenstelling tot de scanning -tunnelingmicroscoop (STM), die een oppervlak indirect afbeeldt door de mate van kwantumtunneling tussen de sonde en het monster te meten, maakt de sonde in een atoomkrachtmicroscoop direct contact met het oppervlak of meet een beginnende chemische binding tussen sonde en monster.
De AFM maakt gebruik van een microschaal cantilever met een sondepunt waarvan de grootte wordt gemeten in nanometers. Een AFM werkt in een van de twee modi: contact (statische) modus en dynamische (oscillerende) modus. In de statische modus wordt de sonde stil gehouden, terwijl deze in de dynamische modus oscilleert. Wanneer de AFM dicht bij het oppervlak wordt gebracht of contact maakt met het oppervlak, buigt de cantilever af. Meestal is bovenop de cantilever een spiegel die een laser weerspiegelt. De laser reflecteert op een fotodiode, die nauwkeurig zijn afbuiging meet. Wanneer de oscillatie of positie van de AFM -tip verandert, wordt deze geregistreerd in de fotodiode en is er een afbeelding opgebouwd. Soms worden meer exotische alternatieven gebruikt, zoals optische interferometrie, capacitieve detectie of piëzoresistieve (elektromechanische) sondetips.
Onder een atomaire krachtmicroscoop zien individuele atomen eruit als fuzzy blobs in een matrix. Om deze mate van resolutie te bieden, vereist een ultrahoge vacuümomgeving enEen zeer stijve cantilever, die voorkomt dat het op korte afstand aan het oppervlak blijft plakken. Het nadeel van een stijve cantilever is dat meer precieze sensoren nodig zijn om de mate van afbuiging te meten.
Scanning-tunnelingmicroscopen, een andere populaire klasse van zeer 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 gas omgevingsomgeving, terwijl een STM in hoog vacuüm moet werken. Dit zorgt voor de beeldvorming van natte monsters, vooral biologisch weefsel. Bij gebruik in ultrahoge vacuüm en met een stijve cantilever heeft een atomaire krachtmicroscoop een vergelijkbare resolutie met een STM.