Cos'è un microscopio a forza atomica (AFM)?

Un microscopio a forza atomica (AFM) è un microscopio estremamente preciso che immagini un campione spostando rapidamente una sonda con una punta di dimensioni nanometriche sulla sua superficie.Questo è abbastanza diverso da un microscopio ottico che utilizza la luce riflessa per immaginare un campione.Una sonda AFM offre un grado di risoluzione molto più elevato rispetto a un microscopio ottico perché la dimensione della sonda è molto più piccola della lunghezza d'onda più raffinata della luce visibile.In un vuoto ultra-alto, un microscopio a forza atomica può immaginare singoli atomi.Le sue capacità estremamente ad alta risoluzione hanno reso l'AFM popolare tra i ricercatori che lavorano nel campo della nanotecnologia.

A differenza del microscopio a tunneling a scansione (STM), che immagini una superficie indirettamente misurando il grado di tunneling quantistico tra la sonda eMicroscopio a forza atomica La sonda stabilisce un contatto diretto con la superficie o misura il legame chimico incipiente tra sonda e campione.

L'AFM utilizza un cantilever in microscala con una punta della sonda le cui dimensioni sono misurate in nanometri.Un AFM opera in una delle due modalità: modalità contatto (statico) e modalità dinamica (oscillante).In modalità statica, la sonda viene mantenuta fermo, mentre in modalità dinamica oscilla.Quando l'AFM viene avvicinato o contatta la superficie, il cantilever devia.Di solito, in cima al cantilever c'è uno specchio che riflette un laser.Il laser si riflette su un fotodiodo, che misura con precisione la sua deflessione.Quando l'oscillazione o la posizione della punta AFM cambia, viene registrata nel fotodiodo e viene creata un'immagine.A volte vengono utilizzate alternative più esotiche, come interferometria ottica, rilevamento capacitivo o punte piezoresistive (elettromeccaniche).Per fornire questo grado di risoluzione richiede un ambiente sottovuoto ultra-alto e un cantilever molto rigido, che gli impedisce di attaccarsi alla superficie a distanza ravvicinata.Il rovescio della medaglia di un cantilever rigido è che richiede sensori più precisi per misurare il grado di deflessione.

I microscopi di tunneling a scansione, un'altra classe popolare di microscopi ad alta precisione, di solito hanno una risoluzione migliore degli AFM, ma un vantaggio di AFMpuò essere utilizzato in un ambiente ambiente liquido o di gas mentre una STM deve funzionare in aspirazione elevata.Ciò consente l'imaging di campioni bagnati, in particolare il tessuto biologico.Se usato nel vuoto ultra-alto e con un cantilever rigido, un microscopio a forza atomica ha una risoluzione simile a una STM.