Over scanning probe microscopie
Het gebied van scanning probe microscopie (SPM) begon in de vroege jaren 1980 met de uitvinding van de scanning tunneling microscoop (STM) door Gerd Binnig en Heinrich Rohrer, bekroond met de Nobelprijs voor Natuurkunde in 1986. In hetzelfde jaar vond een belangrijke doorbraak plaats met de uitvinding van de atoomkrachtmicroscoop (AFM) door Gerd Binning, Calvin Quate en Christoph Gerber, die sindsdien nog steeds een revolutie teweegbrengt in de karakterisering en metingen op nanoschaal. Vandaag is AFM het populairste type SPM, waardoor de terminologie van AFM en SPM vaak synoniem worden gebruikt. In het geval van AFM is de probe een cantilever, meestal met een punt aan het vrije uiteinde. De superfamilie van SPM-sondes kan ook eenvoudige metaaldraden (zoals gebruikt in STM) of glasvezels (zoals gebruikt voor scanning nearfield optical microscopy/SNOM/NSOM) omvatten.
AFM omvat een verscheidenheid van methoden waarbij de sonde op verschillende manieren met het monster interageert om diverse materiaaleigenschappen te karakteriseren, bijv.b. mechanische eigenschappen (b. v. adhesie, stijfheid, wrijving, dissipatie), elektrische eigenschappen (b. v. capaciteit, elektrostatische krachten, werkfunctie, elektrische stroom), magnetische eigenschappen, en optische spectroscopische eigenschappen. Naast beeldvorming, kan de AFM sonde worden gebruikt om te manipuleren, schrijven, of zelfs trekken op substraten in lithografie en moleculaire trekken experimenten.
Door zijn flexibiliteit, is de atomaire krachtmicroscoop uitgegroeid tot een gemeenschappelijk instrument voor materiaalkarakterisering naast optische en elektronenmicroscopie, het bereiken van resoluties tot op de nanometer schaal en daarbuiten. De AFM kan werken in omgevingen van ultrahoog vacuüm tot vloeistoffen, en doorkruist daarom alle disciplines, van fysica en chemie tot biologie en materiaalkunde.
Het AFM-principe is gebaseerd op de cantilever/tipcombinatie die in wisselwerking staat met het monster (probe). Deze AFM tip interageert met het substraat door middel van een raster scannende beweging. De op/neer- en zijwaartse beweging van de tip tijdens het scannen langs het oppervlak wordt gecontroleerd door een laserstraal die door de cantilever wordt gereflecteerd. Deze gereflecteerde laserstraal wordt gevolgd door een positiegevoelige fotodetector die de verticale en laterale afbuiging van de cantilever opvangt. De doorbuigingsgevoeligheid van deze detectoren moet worden gekalibreerd in termen van het aantal nanometers beweging dat overeenkomt met een spanningseenheid die op de detector wordt gemeten. Uit de gegevens die via deze verschillende scanmethoden worden verkregen, wordt een beeld gecreëerd.
Lees ons gedetailleerde theoriegedeelte over “Hoe werkt AFM?”