Co to jest mikroskop siły atomowej (AFM)?
Mikroskop siły atomowej (AFM) jest niezwykle precyzyjnym mikroskopem, który obrazuje próbkę, szybko przesuwając sondę z końcówką wielkości nanometru na jej powierzchni. Jest to zupełnie inne niż mikroskop optyczny, który wykorzystuje światło odbite do wyobrażenia próbki. Sonda AFM oferuje znacznie wyższy stopień rozdzielczości niż mikroskop optyczny, ponieważ wielkość sondy jest znacznie mniejsza niż najlepsza długość fali światła widzialnego. W ultra-wysokiej próżni mikroskop siły atomowej może wyobrazić sobie poszczególne atomy. Jego wyjątkowo wysokiej rozdzielczości sprawiły, że AFM popularny wśród naukowców pracujących w dziedzinie nanotechnologii.
W przeciwieństwie do skaningowego mikroskopu tunelowego (STM), który obrazuje powierzchnię pośrednio poprzez pomiar stopnia tunelowania kwantowego między sondy a próbką, w mikroskopie siły atomowej sonda albo kontaktuje się z powierzchnią lub mierzy początkowe wiązanie chemiczne między sondy a próbką.
AFM używa mikroskopowego wspornika z końcówką sondy, której rozmiar jest mierzony w nanometrach. AFM działa w jednym z dwóch trybów: tryb kontaktu (statyczny) i tryb dynamiczny (oscylacyjny). W trybie statycznym sonda jest utrzymywana nieruchomo, podczas gdy w trybie dynamicznym oscyluje. Gdy AFM jest blisko lub kontaktuje się z powierzchnią, wspornik odchyla się. Zazwyczaj na wsporniku znajduje się lustro, które odbija laser. Laser odbija się na fotodiodzie, która dokładnie mierzy jego ugięcie. Gdy zmienia się oscylacja lub pozycja końcówki AFM, jest on zarejestrowany w fotodiodzie i jest zbudowany obraz. Czasami stosuje się bardziej egzotyczne alternatywy, takie jak interferometria optyczna, wykrywanie pojemnościowe lub piezorezystyczne (elektromechaniczne) końcówki sondy.
Pod mikroskopem siły atomowej poszczególne atomy wyglądają jak rozmyte plamy w matrycy. Aby zapewnić ten stopień rozdzielczości wymaga ultra-wysokiego środowiska próżniowego iBardzo sztywny wspornik, który zapobiega przyklejeniu się do powierzchni z bliskiej odległości. Minusem sztywnego wspornika jest to, że wymaga bardziej precyzyjnych czujników do pomiaru stopnia ugięcia.
Skaningowe mikroskopy tunelowe, kolejna popularna klasa wysokich mikroskopów, zwykle mają lepszą rozdzielczość niż AFM, ale zaletą AFM jest to, że można je stosować w środowisku otoczenia ciekłego lub gazowego, podczas gdy STM musi działać w wysokiej próżni. Pozwala to na obrazowanie próbek mokrych, zwłaszcza tkanki biologicznej. W przypadku ultra-wysokiej próżni i ze sztywnym wspornikiem mikroskopu siły atomowej ma podobną rozdzielczość do STM.