Cos'è un microscopio a forza atomica (AFM)?
Il microscopio a forza atomica (AFM) è una nuova tecnica sperimentale per osservare la topografia superficiale microscopica dei campioni utilizzando le forze di interazione tra atomi e molecole. È dotato di una sonda su scala nanometrica fissata su un cantilever elastico su microscala controllabile in modo flessibile. Quando la sonda si avvicina al campione, la forza di interazione tra gli atomi sulla punta della sonda e gli atomi sulla superficie del campione piega il cantilever e lo sposta dalla sua posizione originale. Un'immagine tridimensionale viene ricostruita in base alla deflessione o alla frequenza di vibrazione della sonda durante la scansione, in modo che la morfologia superficiale e la composizione atomica del campione possano essere ottenute indirettamente.
Studia la struttura superficiale e le proprietà dei materiali rilevando la forza interatomica estremamente debole tra la superficie del campione e un elemento sensibile alla forza in miniatura. Un'estremità di un microcantilever, che è altamente sensibile alle piccole forze, è fissa, mentre la micropunta all'altra estremità si avvicina al campione e interagisce con esso. La forza di interazione provoca una deformazione o un cambiamento nello stato di movimento del microcantilever.
Durante la scansione del campione, i sensori rilevano questi cambiamenti per ottenere la distribuzione delle forze di interazione e quindi le informazioni strutturali superficiali con risoluzione su scala nanometrica. Un AFM è costituito principalmente da un cantilever con punta affilata, un rilevatore di movimento del cantilever, un circuito di feedback per il controllo del movimento, uno scanner piezoelettrico in ceramica per la scansione dei campioni e un sistema controllato da computer per l'acquisizione, la visualizzazione e l'elaborazione delle immagini. Il movimento del microcantilever può essere rilevato mediante metodi elettrici come il rilevamento della corrente tunneling o metodi ottici tra cui la deflessione del raggio e l'interferometria. Quando la punta è sufficientemente vicina al campione e tra di loro esistono forze repulsive a corto raggio, il rilevamento di questa repulsione consente l'imaging della superficie con risoluzione atomica; la risoluzione è generalmente a livello nanometrico. La misurazione AFM non impone requisiti speciali ai campioni e può essere applicata a superfici solide, sistemi adsorbiti e altro ancora.
