- атомно-силовая микроскопия
-
- Термин
- атомно-силовая микроскопия
- Термин на английском
- atomic force microscopy
- Синонимы
- scanning force microscopy
- Аббревиатуры
- АСМ, AFM, SFM
- Связанные термины
- манипуляция атомами, кантилевер, литография, микроскопия, нанотрибология, поверхность, протеомика, сканирующая туннельная микроскопия, зонд, сканирующая зондовая микроскопия, микроскопия зондовая
- Определение
- Один из методов зондовой микроскопии для исследования локальных свойств поверхности, в котором анализируют силу взаимодействия иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца в процессе сканирования, используемый также в нанотехнологии для направленного модифицирования поверхности вещества (материала) на уровне отдельных атомов.
- Описание
Атомно-силовой микроскоп был изобретен Биннигом, Квоутом и Гербером (Binnig, Quate, Gerber) в 1986 году [1]. В отличие от сканирующей туннельной микроскопии, АСМ позволяет исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности. Пространственное разрешение атомно-силового микроскопа зависит от размера кантилевера и кривизны его острия. Разрешение достигает атомарного уровня по горизонтали и существенно превышает его по вертикали. Обычно под взаимодействием понимают притяжение или отталкивание зонда и поверхности под действием близкодействующих сил Ван-дер Ваальса, однако существует целый ряд модификаций метода для анализа иных взаимодействий, например, электростатических, магнитных, сил трения. Когда игла находится на достаточно большом расстоянии от образца, зонд слабо притягивается к образцу. С уменьшением расстояния это притяжение усиливается до тех пор, пока электронные облака иглы и атомов поверхности не начнут испытывать электростатическое отталкивание. Суммарная сила обращается в ноль на расстоянии порядка длины химической связи (несколько десятых нм); при меньших расстояниях доминирует отталкивание.
В зависимости от расстояний от иглы до образца, используемых для получения АСМ-изображений, возможны следующие режимы (моды) работы АСМ:
- контактный режим (контактная мода (contact mode));
- бесконтактный режим (бесконтактная мода (non-contact mode));
- полуконтактный режим (полуконтактная мода (tapping mode)).
При контактном режиме расстояние от иглы до образца составляет порядка нескольких десятых нм. Таким образом, игла АСМ находится в мягком физическом контакте с образцом и подвержена действию сил отталкивания. В этом случае взаимодействие между иглой и образцом заставляет кантилевер изгибаться, повторяя топографию поверхности. Топографические изображения в АСМ обычно получают в одном из двух режимов:
- режим постоянной высоты
- режим постоянной силы.
При бесконтактном режиме (режиме притяжения) кантилевер с помощью пьезокристалла колеблется над изучаемой поверхностью с амплитудой ~2 нм, превышающей расстояние между зондом и поверхностью. По изменению амплитуды или сдвигу резонансной частоты колебаний в ходе сканирования поверхности определяется сила притяжения и формируется изображение поверхности.
Полуконтактный режим аналогичен бесконтактному режиму с тем отличием, что игла кантилевера в нижней точке своих колебаний слегка касается поверхности образца.
При использовании АСМ в нанолитографии работа ведется в контактном режиме с контролируемым перемещением острия зонда по заданной схеме.
При использовании специальных кантилеверов можно изучать электрические и магнитные свойства поверхности.
- Авторы
- Гусев Александр Иванович, д.ф.-м.н.
- Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.
- Ссылки
- Binnig G., Quate and Gerber Ch. Atomic Force Microscope // Phys. Rev. Lett. 56, 1986 - pp. 930–933
- Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.
- Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Изд. 2-е, исправленное и до-полненное. Москва: Наука-Физматлит, 2007. 416 с.
- Иллюстрации
- Теги
- Разделы
- Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.
Использование наноманипуляторов и зондов
Методы нанесения элементов наноструктур и наноматериалов
(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО») - Термин
Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано. 2010.