A pásztázó szondás mikroszkópiáról
A pásztázó szondás mikroszkópia (SPM) területe az 1980-as évek elején kezdődött, amikor Gerd Binnig és Heinrich Rohrer feltalálta a pásztázó alagútmikroszkópot (STM), amelyért 1986-ban fizikai Nobel-díjat kapott. Ugyanebben az évben jelentős áttörést jelentett az atomerő-mikroszkóp (AFM) Gerd Binnig, Calvin Quate és Christoph Gerber általi feltalálása, amely azóta is forradalmasítja a nanoszintű jellemzést és méréseket. Ma az AFM az SPM legnépszerűbb típusa, ami miatt az AFM és az SPM terminológiát gyakran szinonimaként használják. Az AFM esetében a szonda egy cantilever, általában egy csúccsal a szabad végén. Az SPM szupercsaládjába tartozhatnak egyszerű fémhuzalok (mint az STM-ben használtak) vagy üvegszálak is (mint a pásztázó közelmezős optikai mikroszkópia/SNOM/NSOM).
Az AFM számos olyan módszert foglal magában, amelyekben a szonda különböző módokon lép kölcsönhatásba a mintával a különböző anyagi tulajdonságok jellemzése érdekében, e.pl. mechanikai tulajdonságok (pl. tapadás, merevség, súrlódás, disszipáció), elektromos tulajdonságok (pl. kapacitás, elektrosztatikus erők, munkafüggvény, elektromos áram), mágneses tulajdonságok és optikai spektroszkópiai tulajdonságok. A képalkotás mellett az AFM szonda használható a szubsztrátumok manipulálására, írására vagy akár húzására is a litográfiai és molekulahúzási kísérletek során.
Flexibilitásának köszönhetően az atomerő-mikroszkóp az optikai és elektronmikroszkópia mellett az anyagjellemzés gyakori eszközévé vált, amely a nanométeres és azon túli felbontást is eléri. Az AFM az ultranagy vákuumtól a folyadékokig terjedő környezetben képes működni, ezért a fizikától és kémiától a biológián át az anyagtudományig minden tudományágat átfog.
Az AFM elve a mintával (szondával) kölcsönhatásba lépő konzol/csúcs összeállításon alapul. Ez az AFM-csúcs egy raszteres pásztázó mozgás révén lép kölcsönhatásba a hordozóval. A csúcs fel/le és oldalirányú mozgását a felület mentén történő pásztázás során a konzolról visszaverődő lézersugárral figyeljük. Ezt a visszavert lézersugarat egy helyzetérzékeny fotoérzékelő követi, amely érzékeli a konzol függőleges és oldalirányú kitérését. Ezeknek a detektoroknak a kitérésérzékenységét úgy kell kalibrálni, hogy hány nanométernyi mozgás felel meg egy egységnyi, a detektoron mért feszültségnek. A pásztázás ezen különböző módszereinek segítségével nyert adatokból egy kép jön létre.
A “Hogyan működik az AFM?” című részletes elméleti részünket olvassa el.