Атомно-силовой микроскоп (АСМ) — это сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, который позволяет исследовать рельеф поверхности с разрешением от нанометра и выше. Он был создан в 1982 году Гердом Биннигом, Кельвином Куэйтом и Кристофером Гербером в Цюрихе (Швейцария) как модификация сканирующего туннельного микроскопа.
Принцип работы
В атомно-силовом микроскопе используется наноразмерное остриё, расположенное на конце упругой консоли (кантилевера). Когда остриё приближается к поверхности, между ним и поверхностью действуют силы Ван-дер-Ваальса, которые приводят к изгибу кантилевера. Величина изгиба кантилевера регистрируется, и на основе этого можно сделать вывод о рельефе поверхности.
Режимы работы
Контактный режим (contact mode): Остриё кантилевера находится в непосредственном контакте с поверхностью.
Бесконтактный режим (non-contact mode): Остриё находится на расстоянии, где действуют притягивающие силы. Пьезокерамика возбуждает резонансные колебания зонда, и изменения в амплитудно-частотных характеристиках колебаний позволяют определить рельеф поверхности.
Полуконтактный режим (semi-contact mode или tapping mode): Остриё периодически касается поверхности, что позволяет улучшить разрешение и уменьшить артефакты.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
Наибольшая помехоустойчивость по сравнению с другими методами.
Наибольшая достижимая скорость сканирования.
Обеспечивает наилучшее качество сканирования поверхностей с резкими перепадами рельефа.
Недостатки:
Наличие артефактов, связанных с силами, направленными вдоль поверхности около ступеней.
При сканировании на воздухе на зонд действуют капиллярные силы, что вносит погрешность в определение высоты поверхности.
Практически непригоден для изучения формы биологических объектов и органических материалов.
Применение
Атомно-силовой микроскоп используется в различных областях, таких как материаловедение, биология, физика и химия. Он позволяет исследовать поверхности с высокой точностью и детализацией, что делает его незаменимым инструментом для научных исследований.
Таким образом, атомно-силовой микроскоп представляет собой мощный инструмент для изучения микроскопических объектов с высоким разрешением и детализацией, что делает его незаменимым в различных областях науки и техники.
