Vad är ett atomkraftsmikroskop (AFM)?

Ett atomkraftsmikroskop (AFM) är ett extremt exakt mikroskop som bildar ett prov genom att snabbt flytta en sond med en nanometerstorlek över ytan. Detta är helt annorlunda än ett optiskt mikroskop som använder reflekterat ljus för att avbilda ett prov. En AFM -sond erbjuder en mycket högre grad av upplösning än ett optiskt mikroskop eftersom storleken på sonden är mycket mindre än den finaste våglängden för synligt ljus. I ett ultrahögt vakuum kan ett atomkraftsmikroskop avbilda individuella atomer. Dess extremt högupplösta förmågor har gjort AFM populära bland forskare som arbetar inom nanoteknik.

Till skillnad från skanningstunnelmikroskopet (STM), som bilder en yta indirekt genom att mäta graden av kvanttunnel mellan sonden och provet, i ett atomkraftsmikroskop gör sonden antingen direktkontakt med ytan eller mäter begynnande kemisk bindning mellan sond och prov.

AFM använder en mikroskala utskjutning med en sondspets vars storlek mäts i nanometrar. En AFM fungerar i ett av två lägen: kontakt (statisk) läge och dynamiskt (oscillerande) läge. I statiskt läge hålls sonden stilla, medan den i dynamiskt läge svänger. När AFM föras nära eller kontaktar ytan avleder utskjutningen. Vanligtvis finns en spegel på toppen av utskjutningen som återspeglar en laser. Lasern reflekterar på en fotodiode, som exakt mäter dess avböjning. När svängningen eller positionen för AFM -spetsen ändras, registreras den i fotodioden och en bild byggs upp. Ibland används mer exotiska alternativ, såsom optisk interferometri, kapacitiv avkänning eller piezoresistiva (elektromekaniska) sondspetsar.

Under ett atomkraftsmikroskop ser individuella atomer ut som fuzzy klatter i en matris. För att tillhandahålla denna grad av upplösning krävs en ultrahög vakuummiljö ochEn mycket styv utskjutning, som förhindrar att den håller sig på ytan på nära håll. Nackdelen med en styv utskjutning är att det kräver mer exakta sensorer för att mäta avböjningsgraden.

Skanning av tunnelningsmikroskop, en annan populär klass med högprecisionsmikroskop, har vanligtvis bättre upplösning än AFMS, men en fördel med AFM: er är att de kan användas i en flytande eller gas-omgivningsmiljö medan en STM måste fungera i högt vakuum. Detta möjliggör avbildning av våta prover, särskilt biologisk vävnad. När det används i ultrahögt vakuum och med en styv utskjutning har ett atomkraftsmikroskop liknande upplösning som en STM.