Tietoa pyyhkäisysondimikroskopiasta
Pyyhkäisysondimikroskopian (SPM, scanning probe microscopy) ala sai alkunsa 1980-luvun alussa Gerd Binnigin ja Heinrich Rohrerin keksimällä pyyhkäisytunnelimikroskoopilla (STM, scanning tunneling microscope), joka palkittiin fysiikan Nobel-palkinnolla vuonna 1986. Samana vuonna tapahtui suuri läpimurto, kun Gerd Binning, Calvin Quate ja Christoph Gerber keksivät atomivoimamikroskoopin (AFM), joka on siitä lähtien mullistanut nanokokoluokan karakterisointia ja mittauksia. Nykyään AFM on suosituin SPM-tyyppi, minkä vuoksi AFM- ja SPM-termiä käytetään usein synonyymeinä. AFM:ssä koetin on kantilevy, jonka vapaassa päässä on yleensä kärki. SPM-koettimien superperheeseen voi kuulua myös yksinkertaisia metallilankoja (kuten STM:ssä käytetään) tai lasikuituja (kuten optisessa pyyhkäisevässä lähikenttämikroskopiassa/SNOM/NSOM:ssä käytetään).
AFM:ään kuuluu erilaisia menetelmiä, joissa koetin on vuorovaikutuksessa näytteen kanssa eri tavoin erilaisten materiaaliominaisuuksien karakterisoimiseksi, esim.esim. mekaaniset ominaisuudet (esim. adheesio, jäykkyys, kitka, dissipaatio), sähköiset ominaisuudet (esim. kapasitanssi, sähköstaattiset voimat, työn funktio, sähkövirta), magneettiset ominaisuudet ja optiset spektroskooppiset ominaisuudet. Kuvantamisen lisäksi AFM-koettimella voidaan manipuloida, kirjoittaa tai jopa vetää substraatteja litografia- ja molekyylivetokokeissa.
Johtuen joustavuudestaan atomivoimamikroskoopista on tullut yleinen väline materiaalien karakterisoinnissa optisen ja elektronimikroskoopin rinnalla, ja sillä saavutetaan resoluutiot nanometrin mittakaavaan ja sen yli. AFM voi toimia ympäristöissä ultrakorkeasta tyhjiöstä nesteisiin, ja siksi se läpäisee kaikki tieteenalat fysiikasta ja kemiasta biologiaan ja materiaalitieteeseen.
AFFM:n periaate perustuu cantilever/tip-kokoonpanoon, joka on vuorovaikutuksessa näytteen (koettimen) kanssa. Tämä AFM-kärki on vuorovaikutuksessa substraatin kanssa rasteripyyhkäisyliikkeen avulla. Kärki liikkuu ylös/alas ja sivulta sivulle, kun se skannaa pintaa pitkin, ja sitä seurataan lasersäteen avulla, joka heijastuu cantileveristä. Tätä heijastunutta lasersädettä seuraa asentoherkkä valodetektori, joka havaitsee kantokappaleen pystysuuntaisen ja sivusuuntaisen taipuman. Näiden ilmaisimien taipumisherkkyys on kalibroitava sen mukaan, kuinka monta nanometriä liikettä vastaa ilmaisimessa mitattua jänniteyksikköä. Näillä eri skannausmenetelmillä saaduista tiedoista luodaan kuva.
Lue yksityiskohtainen teoriaosuutemme aiheesta ”Miten AFM toimii?”