1. Atomic Force Microscopy
AFM
Martin Truchly

2. 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

3. 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
...

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

5. 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

6. 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)

7. 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)

8. 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

9. 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

10. Hrot a konzola

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

12. Ihla

13. 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

14. AFM
módy:
kontaktný
nekontaktný
dynamický alebo semikontaktný

15. 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

16. 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

17. 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

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

19. nevhodne zvolená metóda môže zničiť vzorku
snímky povrchu kontaktnou metódou

20. snímka rovnakej oblasti pomocou semikontaktnej metódy

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

22. Koniec