Vad är ett Atomic Force Microscope (AFM)?

Ett atomkraftsmikroskop (AFM) är ett extremt exakt mikroskop som avbildar ett prov genom att snabbt flytta en sond med en spets av 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 upplösningsgrad 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 enskilda atomer. Dess extremt höga upplösningsförmåga har gjort AFM populärt bland forskare som arbetar inom nanoteknologi.

Till skillnad från skannatunnelmikroskopet (STM), som avbildar en yta indirekt genom att mäta graden av kvanttunneling mellan sonden och provet, gör sonden i ett atomkraftsmikroskop direkt kontakt med ytan eller mäter begynnande kemisk bindning mellan sond och prov .

AFM använder en mikroskala cantilever med en sondspets vars storlek mäts i nanometer. En AFM fungerar i ett av två lägen: kontaktläge (statisk) och dynamiskt (oscillerande) läge. I statisk läge hålls sonden stilla medan den i dynamiskt läge svänger. När AFM-enheten bringas i närheten av eller kommer i kontakt med ytan, avböjs fribäraren. Vanligtvis finns en spegel som reflekterar en laser ovanpå kanten. 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) sondtips.

Under ett atomkraftsmikroskop ser enskilda atomer ut som luddiga klatter i en matris. För att tillhandahålla denna upplösningsgrad krävs en ultrahög vakuummiljö och en mycket styv utskjutning, som förhindrar att den klibbar fast vid ytan på nära håll. Nackdelen med en styv cantilever är det som kräver mer exakta sensorer för att mäta graden av avböjning.

Scanning av tunnelmikroskop, en annan populär klass av mikroskop med hög precision, har vanligtvis bättre upplösning än AFM, men en fördel med AFM är att de kan användas i en vätske- eller gasomgivningsmiljö medan en STM måste arbeta i högvakuum. 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.