O mikroskopii z sondą skanującą
Pola mikroskopii z sondą skanującą (SPM) rozpoczęła się we wczesnych latach 80-tych wraz z wynalezieniem skaningowego mikroskopu tunelowego (STM) przez Gerda Binniga i Heinricha Rohrera, nagrodzonego Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 1986 roku. W tym samym roku nastąpił wielki przełom wraz z wynalezieniem mikroskopu sił atomowych (AFM) przez Gerda Binniga, Calvina Quate’a i Christopha Gerbera, który od tamtej pory rewolucjonizuje charakterystykę i pomiary w nanoskali. Obecnie AFM jest najbardziej popularnym rodzajem SPM, co powoduje, że terminologia AFM i SPM jest często używana synonimicznie. W przypadku AFM, sondą jest wspornik, zazwyczaj z końcówką na wolnym końcu. Do nadrodziny sond SPM można również zaliczyć proste druty metalowe (stosowane w STM) lub włókna szklane (stosowane w skaningowej mikroskopii optycznej bliskiego pola/SNOM/NSOM).
AFM obejmuje wiele metod, w których sonda oddziałuje z próbką na różne sposoby w celu scharakteryzowania różnych właściwości materiału, np.np. właściwości mechaniczne (np. przyczepność, sztywność, tarcie, rozpraszanie), właściwości elektryczne (np. pojemność, siły elektrostatyczne, funkcja pracy, prąd elektryczny), właściwości magnetyczne i właściwości spektroskopii optycznej. Oprócz obrazowania, sonda AFM może być używana do manipulowania, pisania, a nawet ciągnięcia na podłożach w litografii i eksperymentach ciągnienia molekularnego.
Dzięki swojej elastyczności, mikroskop sił atomowych stał się powszechnym narzędziem do charakteryzacji materiałów obok mikroskopii optycznej i elektronowej, osiągając rozdzielczość do skali nanometrowej i więcej. AFM może pracować w środowiskach od ultra-wysokiej próżni do płynów, a zatem przecina wszystkie dyscypliny od fizyki i chemii do biologii i materiałoznawstwa.
Zasada AFM opiera się na zespole wspornik/końcówka, który oddziałuje z próbką (sonda). Końcówka AFM oddziałuje z podłożem poprzez rastrowy ruch skanujący. Ruch końcówki w górę/dół i z boku na bok podczas skanowania wzdłuż powierzchni jest monitorowany przez wiązkę laserową odbitą od wspornika. Ta odbita wiązka laserowa jest śledzona przez fotodetektor wrażliwy na położenie, który rejestruje pionowe i boczne odchylenie wspornika. Czułość tych detektorów na odchylenie musi być skalibrowana pod względem tego, ilu nanometrom ruchu odpowiada jednostka napięcia mierzona na detektorze. Z danych uzyskanych dzięki tym różnym metodom skanowania tworzony jest obraz.
Zapoznaj się z naszą szczegółową sekcją teoretyczną na temat „Jak działa AFM?”
.