Sulla microscopia a sonda a scansione
Il campo della microscopia a sonda a scansione (SPM) è iniziato nei primi anni ’80 con l’invenzione del microscopio a scansione a tunnel (STM) di Gerd Binnig e Heinrich Rohrer, premiato con il premio Nobel per la fisica nel 1986. Nello stesso anno, un importante passo avanti è stato fatto con l’invenzione del microscopio a forza atomica (AFM) da Gerd Binning, Calvin Quate e Christoph Gerber, che da allora continua a rivoluzionare la caratterizzazione e le misure su scala nanometrica. Oggi l’AFM è il tipo più popolare di SPM, facendo sì che la terminologia di AFM e SPM sia spesso usata come sinonimo. Nel caso dell’AFM, la sonda è un cantilever, generalmente con una punta alla sua estremità libera. La superfamiglia di sonde SPM può anche includere semplici fili metallici (come usato in STM) o fibre di vetro (come usato per la microscopia ottica a scansione nearfield/SNOM/NSOM).
AFM include una varietà di metodi in cui la sonda interagisce con il campione in modi diversi per caratterizzare varie proprietà dei materiali, ad es.g. proprietà meccaniche (ad esempio adesione, rigidità, attrito, dissipazione), proprietà elettriche (ad esempio capacità, forze elettrostatiche, funzione di lavoro, corrente elettrica), proprietà magnetiche e proprietà spettroscopiche ottiche. Oltre all’imaging, la sonda AFM può essere usata per manipolare, scrivere o anche tirare su substrati in litografia ed esperimenti di trascinamento molecolare.
Grazie alla sua flessibilità, il microscopio a forza atomica è diventato uno strumento comune per la caratterizzazione dei materiali insieme alla microscopia ottica ed elettronica, raggiungendo risoluzioni fino alla scala nanometrica e oltre. L’AFM può operare in ambienti che vanno dall’ultra alto vuoto ai fluidi, e quindi attraversa tutte le discipline, dalla fisica e dalla chimica alla biologia e alla scienza dei materiali.
Il principio dell’AFM si basa sull’insieme cantilever/punta che interagisce con il campione (sonda). Questa punta AFM interagisce con il substrato attraverso un movimento di scansione raster. Il movimento su/giù e da un lato all’altro della punta durante la scansione lungo la superficie è monitorato attraverso un raggio laser riflesso dal cantilever. Questo raggio laser riflesso è tracciato da un fotorilevatore sensibile alla posizione che raccoglie la deflessione verticale e laterale del cantilever. La sensibilità alla deflessione di questi rilevatori deve essere calibrata in termini di quanti nanometri di movimento corrispondono a un’unità di tensione misurata sul rilevatore. Dai dati ottenuti attraverso questi diversi metodi di scansione, viene creata un’immagine.
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