Om scanning probe microscopy
Feltet scanning probe microscopy (SPM) begyndte i begyndelsen af 1980’erne med opfindelsen af scanning-tunnelmikroskopet (STM) af Gerd Binnig og Heinrich Rohrer, der modtog Nobelprisen i fysik i 1986. Samme år skete der et stort gennembrud med opfindelsen af atomkraftmikroskopet (AFM) af Gerd Binning, Calvin Quate og Christoph Gerber, som fortsat har revolutioneret karakterisering og målinger på nanoskala lige siden. I dag er AFM den mest populære type SPM, hvilket har medført, at terminologien AFM og SPM ofte anvendes synonymt. I tilfælde af AFM er sonden en cantilever, som regel med en spids i den frie ende. Overfamilien af SPM-sonder kan også omfatte simple metaltråde (som anvendes i STM) eller glasfibre (som anvendes til scanning nearfield optical microscopy/SNOM/NSOM).
AFM omfatter en række forskellige metoder, hvor sonden interagerer med prøven på forskellige måder for at karakterisere forskellige materialeegenskaber, f.eks.f.eks. mekaniske egenskaber (f.eks. vedhæftning, stivhed, friktion, dissipation), elektriske egenskaber (f.eks. kapacitans, elektrostatiske kræfter, arbejdsfunktion, elektrisk strøm), magnetiske egenskaber og optiske spektroskopiske egenskaber. Ud over billeddannelse kan AFM-sonden bruges til at manipulere, skrive eller endog trække på substrater i litografi- og molekylære trækforsøg.
På grund af sin fleksibilitet er atomkraftmikroskopet blevet et almindeligt redskab til materialekarakterisering sammen med optisk og elektronmikroskopi, idet der opnås opløsninger ned til nanometerskalaen og længere. AFM kan fungere i miljøer fra ultrahøjt vakuum til væsker og går derfor på tværs af alle discipliner fra fysik og kemi til biologi og materialevidenskab.
Afm-kraftmikroskopets princip er baseret på en cantilever/spids-enhed, der interagerer med prøven (probe). Denne AFM-spids interagerer med substratet gennem en rasterscanningsbevægelse. Spidsens op/ned- og side-til-side-bevægelse, mens den skanner langs overfladen, overvåges ved hjælp af en laserstråle, der reflekteres fra cantileveren. Denne reflekterede laserstråle følges af en positionsfølsom fotodetektor, der opfanger cantileverens vertikale og laterale afbøjning. Disse detektorers afbøjningsfølsomhed skal kalibreres med hensyn til, hvor mange nanometer bevægelse der svarer til en enhed af spænding, der måles på detektoren. Ud fra de data, der opnås gennem disse forskellige scanningsmetoder, skabes der et billede.
Læs vores detaljerede teoriafsnit om “Hvordan virker AFM?”