A propos de la microscopie à sonde de balayage
Le domaine de la microscopie à sonde de balayage (SPM) a débuté au début des années 1980 avec l’invention du microscope à effet tunnel (STM) par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, récompensé par le prix Nobel de physique en 1986. La même année, une percée majeure a été réalisée avec l’invention du microscope à force atomique (AFM) par Gerd Binning, Calvin Quate et Christoph Gerber, qui continue depuis à révolutionner la caractérisation et les mesures à l’échelle nanométrique. Aujourd’hui, l’AFM est le type de SPM le plus populaire, ce qui explique que les termes AFM et SPM soient souvent utilisés comme synonymes. Dans le cas de l’AFM, la sonde est un cantilever, généralement doté d’une pointe à son extrémité libre. La superfamille des sondes SPM peut également inclure de simples fils métalliques (comme ceux utilisés en STM) ou des fibres de verre (comme celles utilisées pour la microscopie optique à balayage en champ proche/SNOM/NSOM).
L’AFM comprend une variété de méthodes dans lesquelles la sonde interagit avec l’échantillon de différentes manières pour caractériser diverses propriétés matérielles, par ex.propriétés mécaniques (par exemple, l’adhérence, la rigidité, la friction, la dissipation), les propriétés électriques (par exemple, la capacité, les forces électrostatiques, la fonction de travail, le courant électrique), les propriétés magnétiques et les propriétés spectroscopiques optiques. En plus de l’imagerie, la sonde AFM peut être utilisée pour manipuler, écrire ou même tirer sur des substrats dans des expériences de lithographie et de traction moléculaire.
En raison de sa flexibilité, le microscope à force atomique est devenu un outil commun pour la caractérisation des matériaux aux côtés de la microscopie optique et électronique, atteignant des résolutions jusqu’à l’échelle nanométrique et au-delà. L’AFM peut fonctionner dans des environnements allant de l’ultravide aux fluides, et recoupe donc toutes les disciplines, de la physique et la chimie à la biologie et la science des matériaux.
Le principe de l’AFM repose sur l’ensemble cantilever/pointe qui interagit avec l’échantillon (sonde). Cette pointe AFM interagit avec le substrat par un mouvement de balayage de trame. Le mouvement de haut en bas et d’un côté à l’autre de la pointe lorsqu’elle balaie la surface est contrôlé par un faisceau laser réfléchi par le cantilever. Ce faisceau laser réfléchi est suivi par un photodétecteur sensible à la position qui capte la déviation verticale et latérale du cantilever. La sensibilité à la déviation de ces détecteurs doit être calibrée en fonction du nombre de nanomètres de mouvement correspondant à une unité de tension mesurée sur le détecteur. À partir des données obtenues par ces différentes méthodes de balayage, une image est créée.
Lisez notre section théorique détaillée sur « Comment fonctionne l’AFM ? »
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