میکروسکوپ نیروی اتمی | Atomic Force Microscope 

با اختراع میکروسکوپ نیروی اتمی (Atomic Force Microscopy-AFM)، امکان تهیه تصویر و بررسی نمونه‌های گوناگون به ویژه نمونه‌های عایق و زیستی به وجود آمده است. این دستگاه با برخورداری از مزایای تهیه تصویر با توان تفکیک بالا، به کارگیری آسان، عدم نیاز به آماده‌سازی پیچیده نمونه، تهیه تصاویر سه بعدی و امکان بررسی توپوگرافی سطح به صورت ابزاری قابل قبول در حوزه‌های مختلف علوم و فناوری نانو درآمده و کاربردهای بسیار گسترده‌ای یافته است. این دستگاه بسته به مدل آن، قابلیت انجام آزمایش در شرایط خلاء محیط و مایع را دارد.

 

در سال 1986، گرهاردبینیگ، بر اساس تجربیاتی که از ساخت میکروسکوپ تونلی روبشی به دست آورده بود، با همکاری کلوین کوات و کریستف گربر از دانشگاه استنفورد، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را اختراع کرد.

 

امروزه AFM، یک کاوشگر سطحی محبوب برای اندازه‌گیری‌های توپوگرافیک و محاسبه نیروهای عمودی در مقیاس میکرو تا نانو شناخته شده است.

 

همچنین از این دستگاه مشخصه‌یابی، می‌توان برای مطالعه خراش و ساییدگی و نیز اندازه‌گیری خواص مکانیکی الاستیک و پلاستیک مانند میزان سختی جسم در برابر جسم فرورونده (indentation hardness) و مدول الاستیسیته، استفاده کرد.

 

AFM در بسیاری از مطالعات، برای نوشتار، دستکاری و جابجایی اتم های منفرد زنون، مولکول ها، سطوح سیلیکونی و پلیمری، به کار گرفته شده است. علاوه بر این از این میکروسوپ در انواع نانولیتوگرافی و تولید نانوساختارها و نانوماشین‌کاری استفاده می‌شود.

 

در میکروسکوپ نیروی اتمی، نیروی بین سوزن روبشگر و سطح نمونه که باعث خم شدن کانتیلور می‌شود، توسط آشکارساز اندازه‌گیری می‌گردد. این میکروسکوپ ها با دو حالت کاری استاتیکی (تماسی) و دینامیکی (غیر تماسی) کار می‌کنند.

 

در حالت استاتیکی، کانتیلور در فاصله کم از سطح نمونه قرار دارد که هنگام روبش سوزن روی سطح نمونه، نیروی استاتیکی باعث خم شدن کانتیلور می‌شود. در این حالت نیروی بین کانتیلور و نمونه، نیروی دافعه است.

 

حالت استاتیکی با دو مد کاری ارتفاع ثابت و نیرو ثابت کار می‌کند. در حالت دینامیکی، فرکانس رزونانس کانتیلور می‌تواند به عنوان معیار تغییر نیرو (یا تغییر فاصله سوزن تا نمونه) استفاده شود. در این حالت نیروی اتمی بین کانتیلور و نمونه، از نوع جاذبه است و به علت عدم تماس با نمونه‌های نرم، تخریبی ایجاد نمی‌شود اما نسبت به حالت تماسی، سرعت روبش کمتری دارد.