Atomic Force Microscopy AFM Martin Truchly

Scanning Probe Microscopy (SPM) rastrovacia sondová mikroskopia moderná technológia vznik v roku 1981 s vynálezom STM – scanning tunneling microscope Gerd Binnig a Heinrich Rohrer (IBM Zurich), Nobelova cena v roku 1986 vznik ďalších typov SPM

Ďalšie typy SPM okrem už spomínanej STM AFM – atomic force microscopy MFM – magnetic force microscopy KPFM – Kelvin probe force microscopy NSOM – near-field scanning optical micr. ESTM – electrochemical scanning microscopy SCM – scanning capacitance microscopy ...

AFM objav AFM v roku 1986 Binnig, Quate, Gerber na snímke vpravo je prvý AFM mikroskop

AFM vhodné na snímanie vzoriek do 100 x 100 μm horizontálne rozlíšenie: 0,2 nm vertikálne rozlíšenie: 0,05 nm získame 2D aj 3D obraz vzorky

Výhody a nevýhody Výhody: - 3D obraz - nepotrebuje vákuum ako pracovné prostredie možnosť študovať bio-makromolekuly možnosť atómového rozlíšenia (len pri UHV t.j. ultra high vacuum)

Výhody a nevýhody Nevýhody: rozmery skúmanej plochy obmedzenie ostrosťou hrotu, veľká citlivosť na výber hrotu relatívne dlhý čas snímania, s tým súvisí thermal drift ovplyvnenie hysteréziou piezokryštálov cross-talk medzi x,y,z (povrch je plochejší ako v skutočnosti)

Konštrukcia na posuv v smere osí využitie piezokryštálov, potreba posúvania rádovo v 10-10m, teda mechanické prvky sa použiť nedajú bloková schéma AFM na obrázku

Hrot a konzola cena jednej ihly priemerne okolo 1000Sk materiál: Si, Si3N4, niekedy ešte potiahnuté ochranným povrchom: napr. polykryštalický diamant, tvrdá feromagnetická zliatina, chromium a platinum iridium

Hrot a konzola

Hrot a konzola hrot a vlastne aj celá ihla je najcitlivejšia časť AFM jej výber ovplyvňuje výsledok jej poškodenie alebo znečistenie skresluje snímku

Ihla

AFM pri kontakte dominujú odpudivé van der Wallsove sily, pôsobia len do niekoľko nm nad vzorkou už prevládajú magnetické a elektrické sily pre ohyb konzoly platí Hookov zákon môžeme snímať vo viacerých zobrazovacích módoch

AFM módy: kontaktný nekontaktný dynamický alebo semikontaktný

Kontaktný mód mechanizmus udržiava ihlu v konštantnom vychýlení nad povrchom (na povrchu) tiež analyzuje feedback signal, podľa toho sa vzorka posúva v smere osi z, tento pohyb sa zaznamenáva v počítači nevýhoda: ak prevládnu príťažlivé sily, ihla zapadne a môže sa znečistiť

Semi-contact mode konzola kmitá vo svojej rezonančnej frekvencii pri priblížení k povrchu pôsobia sily a jej frekvencia sa zmení zmeny sa zaznamenávajú do počítača, pomocou týchto údajov sa vykreslí obraz vzorky kmitanie je vzbudené pomocou piezoprvku ihla sa povrchu dotýka pri jednotlivých kmitoch

Nekontaktný mód podobne ako pri semi-kontaktnom móde ihla kmitá nad povrchom mechanizmus je rovnaký ihla je vyššie nad povrchom a pri kmitoch sa ho vôbec nedotýka vhodné pri lepivých povrchoch nie je tak používaný ako predchádzjúce dva módy

každý mód má svoje využitie situácia, pri ktorej je kontaktný mód nepoužiteľný Au naprášené na zafíre

nevhodne zvolená metóda môže zničiť vzorku snímky povrchu kontaktnou metódou

snímka rovnakej oblasti pomocou semikontaktnej metódy

snímka, ktorú získame nie vždy zodpovedá skutočnosti rôzne dôvody: nečistota na ihle, nevhodná metóda, zlé nastavenie softwaru

Koniec