میکروسکوپ نیروی اتمی

میکروسکوپ نیروی اتمی ابزاری برای مشاهده‌ی نمونه‌ها با ابعاد نانومتری و بررسی توپوگرافی سطح آنهاست. در میکروسکوپ نیروی اتمی از نیروهای ضعیف نظیر نیروهای واندروالس و مویینگی بین نوک پروب و سطح نمونه برای تشکیل تصویر توپوگرافی از سطح نمونه استفاده می‌شود. از این رو هیچ محدودیتی برای بررسی سطح نمونه برخلاف میکروسکوپ‌های تونلی روبشی وجود ندارد. میکروسکوپ نیروی اتمی قادر به تصویر برداری با تفکیک مکانی اتمی از نمونه‌های رسانا، نارسانا و حتی نمونه‌های بیولوژیکی می‌باشد .میکروسکوپ نیروی اتمی نقش به سزایی در پیشرفت علوم مختلف از جمله الکترونیک، نانوفناوری و علم مواد ایفا می‌کند. امروزه دستگاه‌های تجاری متفاوتی با مبانی مشابه و حالات‌ کاری مختلف عرضه شده‌اند که از نظر دقت و کیفیت تصاویر با یکدیگر تفاوت دارند.

برای مشاهده‌ی اجسام و نمونه‌های با ابعاد بسیار ریز در حد مولکول‌های کوچک و اتم‌ها، نمی‌توان از میکروسکوپ‌های معمولی استفاده کرد. چرا که این نمونه‌ها، ابعاد نانومتری دارند و میکروسکوپ‌های معمولی، قادر به نشان دادن ابعاد نانومتری نیستند.

میکروسکوپ نیروی اتمی

بنابراین برای دیدن نمونه‌هایی با ابعاد نانومتری، باید از ابزارهای دقیق‌تر و پیشرفته‌تر استفاده شود. یکی از این ابزارها، میکروسکوپ نیروی اتمی است. میکروسکوپ نیروی اتمی قادر به تصویربرداری با تفکیک مکانی اتمی از نمونه‌های رسانا، نارسانا و حتی نمونه‌های بیولوژیکی می‌باشد.

دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی

میکروسکوپ نیروی اتمی نقش به سزایی در پیشرفت سطح نمونه را توسط یک سوزن تیز، به طول ۲ میکرون و غالبا قطر نوک کمتر از ۱۰ نانومتر آنالیز می‌کند. سوزن در انتهای آزاد یک انبرک (کانتیلور) به طول حدود ۱۰۰ تا ۴۵۰ میکرون قرار دارد. نیروهای بین سوزن و سطح نمونه باعث خم شدن یا انحراف کانتیلور شده و یک آشکارساز میزان انحراف کانتیلور را در حالیکه سوزن سطح نمونه را روبش می‌کند یا نمونه در زیر سوزن روبش می‌شود؛ در سیستم‌هایی که نمونه حرکت روبشی را انجام می‌دهد، اندازه می‌گیرد.

میکروسکوپ نیروی اتمی

می‌توان از انحراف کانتیلور برای ورودی یک مدار بازخورد استفاده کرد که روبشگر پیزوالکتریک را در مواجهه با توپوگرافی سطح نمونه به گونه ای در جهت z بالا و پایین می‌برد که میزان انحراف کانتیلور ثابت بماند. اندازه‌گیری انحرافات کانتیلور به کامپیوتر امکان تولید تصویر توپوگرافی سطح را می‌دهد.

آشکار سازی موقعیت کانتیلور در میکروسکوپ نیروی اتمی

در اغلب AFMهایی که امروزه عرضه می‌شود، موقعیت کانتیلور را با استفاده از روش‌های اپتیکی تعیین می‌کنند. یک اشعه لیزری به پشت کانتیلور به سمت یک آشکارساز نوری حساس به موقعیت left parenthesis PSPD right parenthesis منعکس می‌شود. با خم شدن کانتیلور محل اشعه لیزر روی آشکارساز تغییر کرده و PSPD می‌تواند جابه‌جایی به کوچکی ۱۰ آنگستروم (۱ نانومتر) را اندازه‌گیری کند. نسبت فاصله بین کانتیلور و آشکارساز به طول کانتیلور به عنوان یک تقویت کننده مکانیکی عمل می‌کند. در نتیجه سیستم می‌تواند حرکت عمودی کمتر از آنگستروم نوک کانتیلور را اندازه‌گیری کند. روشی دیگر جهت آشکارسازی انحراف آشکارساز بر مبنای تداخل اپتیکی می‌باشد. از مواد مورد استفاده رایج در ساخت کانتیلورها می‌توان به الماس، Si3N4، Si، W و Ir اشاره نمود.

میکروسکوپ نیروی اتمی