Mikroskopy atomárních sil AFM

Teorie AFM: jak funguje mikroskop atomárních sil neboli AFM a různé režimy měření AFM

Vedle klasických optických mikroskopů a elektronové mikroskopie se díky své flexibilitě stal mikroskop atomárních sil běžným nástrojem pro charakterizaci materiálů s dosažitelným rozlišením na i pod nanometrové úrovni. AFM může pracovat v prostředích od ultravysokého vakua po kapaliny, a proto protíná všechny disciplíny od fyziky a chemie po biologii až po materiálový výzkum. Tento článek popisuje pracovní princip a nejběžnější režimy měření mikroskopie atomárních sil a některé z mnoha vlastností, které lze měřit pomocí AFM na nanometrové úrovni.

techniky-mikroskopy-atomarnich-sil-AFM

Historie a pozadí mikroskopie atomových sil

Počátek mikroskopů skenujících sondou (SPM) se datuje začátkem 80. let vynálezem skenovacího tunelového mikroskopu (STM) Gerda Binniga a Heinricha Rohrera, který byl v roce 1986 oceněn Nobelovou cenou za fyziku. Ve stejném roce se datuje mylník v technice AFM vynálezem mikroskopu atomárních sil (AFM) od Gerda Binninga, Calvina Quata a Christopha Gerbera, který od té doby pokračuje v revoluci v charakterizaci a měření na atomární úrovni. Dnes je AFM nejoblíbenějším typem SPM, což způsobuje, že terminologie zkratek AFM a SPM se často používají jako synonyma. V případě AFM je sonda tzv. kantilevr (obdélníková základna), která má obvykle hrot na svém volném konci. Dalším klonem sond SPM může také zahrnovat jednoduché kovové dráty (používané v STM) nebo skleněná vlákna (SNOM / NSOM).

V dnešní době AFM zahrnuje širokou škálu metod, při kterých sonda interaguje se vzorkem různými způsoby, aby charakterizovala vlastnosti materiálů z nepřeberného množství aplikací. AFM může charakterizovat širokou škálu mechanických vlastností (např. Adheze, tuhost, tření, rozptyl), elektrické vlastností (např. Kapacita, elektrostatické síly, pracovní funkce, elektrický proud), magnetické vlastnosti a optické spektroskopické vlastnosti. Kromě zobrazování lze sondu AFM použít k manipulaci, psaní nebo dokonce k natahování substrátů v litografických a molekulárních experimentech. V oborech BIO & LIFE SCIENCE je díky FluidFM mikroskopu manipulovat s buňkami, infikovat buňky i tkáně dutým hrotem, měřit tuhost biomembrány apod.

Díky své flexibilitě se vedle optické a elektronové mikroskopie stal mikroskop atomárních sil běžným nástrojem pro charakterizaci materiálů dosahující rozlišení až po nanometrovou úroveň a dokonce pod ni. AFM může pracovat v prostředích od ultravysokého vakua přes vzduch až po kapaliny, a proto prochází všemi disciplínami od fyziky a chemie po biologii a materiálový výzkum.

Tento článek popisuje pracovní princip a nejběžnější režimy měření mikroskopie atomových sil a některé z mnoha vlastností, které lze měřit pomocí AFM v nanorozlišení.