Hva er et Atomic Force Microscope (AFM)?

Et atomkraftmikroskop (AFM) er et ekstremt presist mikroskop som avbilder en prøve ved raskt å bevege en sonde med en nanometerstor spiss over overflaten. Dette er ganske annerledes enn et optisk mikroskop som bruker reflektert lys for å avbilde en prøve. En AFM-sonde tilbyr en mye høyere oppløsningsgrad enn et optisk mikroskop fordi størrelsen på sonden er mye mindre enn den fineste bølgelengden til synlig lys. I et ultrahøyt vakuum kan et atomkraftmikroskop avbilde individuelle atomer. Den ekstremt høye oppløsningsevnen har gjort AFM populær blant forskere som jobber innen nanoteknologi.

I motsetning til skanningstunnelmikroskopet (STM), som avbilder en overflate indirekte via måling av kvantetunneling mellom sonden og prøven, tar sonden enten i direkte atomkontakt med overflaten eller måler begynnende kjemisk binding mellom sonde og prøve. .

AFM bruker en mikroskala cantilever med en sondespiss hvis størrelse måles i nanometer. En AFM fungerer i en av to modus: kontakt (statisk) modus og dynamisk (oscillerende) modus. I statisk modus holdes sonden stille, mens den i dynamisk modus svinger. Når AFM bringes nær eller kommer i kontakt med overflaten, avbøyer uttaket. Vanligvis, på toppen av uttaket er et speil som reflekterer en laser. Laseren reflekteres på en fotodiode, som nøyaktig måler avbøyningen. Når svingningen eller posisjonen til AFM-spissen endres, blir den registrert i fotodioden og et bilde er bygget opp. Noen ganger brukes mer eksotiske alternativer, for eksempel optisk interferometri, kapasitiv sensing eller piezoresistive (elektromekaniske) sondetips.

Under et atomkraftmikroskop ser individuelle atomer ut som uklare klatter i en matrise. For å gi denne oppløsningsgraden krever et ultrahøyt vakuummiljø og en veldig stiv utkraging, som forhindrer at den klistrer seg til overflaten på nært hold. Ulempen med en stiv uttak er som krever mer presise sensorer for å måle avbøyningsgraden.

Skanning av tunnelmikroskop, en annen populær klasse mikroskop med høy presisjon, har vanligvis bedre oppløsning enn AFM-er, men en fordel med AFM-er er at de kan brukes i et væske- eller gassomgivelsesmiljø, mens en STM må fungere i høyt vakuum. Dette muliggjør avbildning av våte prøver, spesielt biologisk vev. Når det brukes i ultrahøyt vakuum og med en stiv uttak, har et atomkraftmikroskop lignende oppløsning som en STM.