Mikroskopie atomových sil

Mikroskopie atomových sil AFM (Atomic force microscopy) je určen ke zjišťování topografie vzorku. Ostrý hrot se pohybuje v kontaktu s povrchem vzorku a s pomocí citlivých čidel se snímá poloha hrotu. Samotný hrot je ještě umístěn na pružném raménku (viz obrázek). Na cantilever je zaostřen paprsek laseru, který se při ohybu raménka vychyluje. Vertikální poloha hrotu je tak odečítána z výchylky paprsku laseru. Při současném horizontálním záznamu polohy je možné rekonstruovat topografii povrchu. Přístroje Quesant Q-Scope 350 a NTegra Prima (NTMDT) pracují na vzduchu, což sice snižuje maximální dosažitelné rozlišení v důsledku vibrací způsobených vzduchem a především kontaminací povrchu a hrotu, ale podstatně se zjednodušuje a zrychluje obsluha přístroje. Vakuové mikroskopy jsou sice schopné dosahovat až atomárního rozlišení, ale to je pro zkoumání našich vrstev zbytečné. Mikroskopy jsou schopny dosáhnout rozlišení desetin nanometru ve vertikální ose a až jednotek nanometru v laterální rovině. Posun hrotu je rozdělen do dvou stupňů. Hrubý posun je zajištěn pomocí mikrometrického šroubu ovládaného krokovým motorem. Pro jemný posuv jsou skenovací hlava nebo držák vzorku osazeny piezokrystaly.

Mikroskop AFM je schopen pracovat ve tří základních módech a to kontaktním, semikontaktním a nekontaktním módu. V kontaktním režimu je hrot ve stálém kontaktu s povrchem podobně jako u surfometru. V semikontaktním režimu nebo také v poklepovém módu je raménko s hrotem rozvibrováno na frekvenci v rozmezí 70 až 200 kHz s tím, že výška hrotu nad povrchem je určována z poklesu amplitudy oscilací v důsledku interakce hrotu s povrchem. Semikontaktní mód i v případě velmi měkkých vzorků nezpůsobuje poškození skenovaného povrchu, ale především je méně náchylný na vnější rušení a snižuje se riziko, že na hrotu ulpí nečistoty z povrchu. Nekontaktní mód je principiálně stejný jako semikontaktní, ale hrot vůbec nepřichází do kontaktu s povrchem.

Na naší katedře jsou k dispozici dva mikroskopy AFM: Quesant Q-Scope 350 a NTegra Prima (NTMDT). NTegra umožňuje kromě již zmíněných základních módů měřit i v dalších režimech zahrnujících mimo jiné skenovací tunelovací mikroskopii (STM) využívající tunelového proudu mezi vzorkem a hrotem, akustickou mikroskopii (AFAM) umožňující lokálně měřit tvrdost resp. Youngův modul a další.