میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM): اساس کار، مکانیسم و عملکرد

Abstract

میکروسکوپ‌های نیروی اتمی AFM به عنوان یکی از اصلی‌ترین تجهیزات شناسایی در مقیاس نانو شناخته شده است. این میکروسکوپ، با استفاده از سوزنی (Probe) بسیار تیز که در حالت ایده آل در نوک آن تنها یک اتم جای می‌گیرد، خواصی از نمونه‌های مورد آنالیز را به صورت غیر مستقیم، ارائه می‌دهد و نقش به سزایی را در پیشرفت تحقیقات علوم مختلف از جمله نانوفناوری، الکترونیک، انرژی، فضانوردی و غیره ایفا کرده است. نیروهای میان نوک سوزن و نمونه مورد بررسی می‌توانند از انواع نیروهای واندروالسی، الکترواستاتیکی، اصطکاکی، الکتریکی، مغناطیسی، چسبندگی، موئینگی و نیروهای اتمی باشد که بسته به وجود این نیروها و فاصله سوزن تا سطح نمونه حالت‌های بررسی به سه صورت تماسی، غیر تماسی و ضربه‌ای تقسیم‌بندی می‌شوند. از آنجایی که هیچ گونه محدودیتی از لحاظ خواص فیزیکی مواد برای این دستگاه وجود ندارد، می‌توان از آن جهت مطالعه انواع مواد رسانا، نارسانا و نیمه رسانا استفاده کرد. از روی جابجابی تیرک (Cantilever) و انحراف انعکاس پرتو لیزر، تصویر سطح تهیه می‌شود. با ایجاد تغییرات کوچکی در ولتاژ، پیزوالکتریک در راستاهای x، y و z دارای تغییرات مکانیکی شده و می‌توان محل تیرک را به جاهای مختلف نمونه انتقال داد. تصاویری از میکروسکوپی نیروی اتمی موجود در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه یاسوج در حالت‌های مختلف نشان داده شده است. کیفیت تصاویر و میزان تفکیک‌پذیری بسیار بالای آن‌ها قابل مقایسه با سایر تصاویر می‌باشد و نشان از آنالیز مطلوب‌تر و دقت بالای تصویربرداری این دستگاه نسبت به دیگر دستگاه‌های موجود است.