Microscopio a forza atomica con rilevamento laser
Il principio di base di un microscopio a forza atomica è il seguente: un'estremità di un microcantilever, estremamente sensibile alle forze deboli, è fissa, e all'altra estremità è montata una minuscola punta della sonda. La punta entra delicatamente in contatto con la superficie del campione. A causa della forza repulsiva estremamente debole tra gli atomi sulla punta della sonda e quelli sulla superficie del campione, mantenendo questa forza costante durante la scansione, il microcantilever con la punta si muove su e giù perpendicolarmente alla superficie del campione, seguendo la superficie equipotenziale definita dalla forza di interazione tra la punta e gli atomi della superficie del campione. Utilizzando metodi di rilevamento ottico o di rilevamento della corrente tunneling, è possibile misurare il cambiamento di posizione del microcantilever in ciascun punto di scansione, in modo da poter ottenere informazioni sulla topografia superficiale del campione. Di seguito, prendiamo il microscopio a forza atomica che utilizza la deflessione del raggio laser per il rilevamento della forza (Laser-AFM), un membro comunemente usato della famiglia dei microscopi a sonda a scansione, per elaborare il suo principio di funzionamento.
Durante l'intero processo di imaging e rilevamento del sistema, la distanza tra la sonda e il campione testato viene mantenuta su scala nanometrica (10⁻⁹ m). Se la distanza è troppo grande, le informazioni sulla superficie del campione non possono essere acquisite; se la distanza è troppo piccola, sia la sonda che il campione analizzato verranno danneggiati. Il circuito di feedback funziona come segue: durante il funzionamento, riceve l'entità della forza di interazione sonda-campione dalla sonda e regola la tensione applicata all'asse verticale dello scanner del campione. Ciò spinge il campione ad estendersi o ritrarsi, regolando così la separazione sonda-campione e, a sua volta, stabilizzando l'entità della forza di interazione sonda-campione per realizzare il controllo del feedback. Pertanto, il controllo del feedback costituisce il meccanismo operativo principale di questo sistema.
Questo sistema adotta un circuito di controllo del feedback digitale. Gli utenti possono controllare le caratteristiche del circuito di feedback impostando parametri tra cui la corrente di riferimento, il guadagno integrale e il guadagno proporzionale nella barra degli strumenti dei parametri del software di controllo.
