Что такое АСМ?

Что такое АСМ?

АСМ (атомно-силовые микроскопы) — это микроскопы, которые визуализируют тонкую структуру поверхности образцов, определяя и сканируя силу между зондом, называемым кантилевером, и атомами на поверхности образца. В отличие от сканирующих туннельных микроскопов, которые ограничены проводящими образцами, АСМ могут измерять широкий спектр материалов, включая изоляторы и биологические образцы.

Применение АСМ

АСМ в основном используются в промышленной сфере для проверки поверхности в наномасштабе до ангстремного уровня. Они используются для измерения однородности и шероховатости полупроводниковых подложек, проверки коррозии и деградации покрытия на металлических электродах, а также для наблюдения за реакциями и структурными изменениями в биомолекулах минимально инвазивным способом.

Ключевые режимы АСМ включают:

• Контактный режим: стандартный режим измерения в АСМ.
• Бесконтактный/динамический режим: использует вибрацию кантилевера вблизи его резонансной частоты, где отслеживаются изменения амплитуды из-за близости к образцу.

Принцип работы АСМ

АСМ измеряют смещение кантилевера, вызванное атомными силами между кантилевером и поверхностью образца. Обычные методы включают использование фотодиода для обнаружения смещения (метод оптического рычага) и вибрацию кантилевера с пьезоэлектрическим элементом для контроля амплитуды, фазы и частоты. Некоторые АСМ измеряют силу напрямую, измеряя изгиб кантилевера, что полезно для изучения мембранных белков и механики клеток.

Чему можно научиться с помощью АСМ

АСМ могут обнаруживать различные силы, такие как притяжение, отталкивание, адгезию и связывание. Они используются в исследованиях катализа и могут наблюдать мельчайшие частицы на поверхностях без специальной обработки. Модифицируя наконечник, АСМ могут функционировать как химические датчики, выборочно измеряя силы, отличные от атомных сил.

Кривая силы АСМ

Кривые силы, измеренные путем возвратно-поступательного движения наконечника, отражают силы взаимодействия между наконечником и материалом. Эти измерения могут выявить силы Ван-дер-Ваальса, адгезию на основе поверхностного натяжения и силы мениска. Измерения кривой силы применялись для изучения кислотно-щелочного поведения твердых поверхностей.

Разница между АСМ и СТМ

СТМ обеспечивает высокое атомное разрешение в условиях сверхвысокого вакуума, но борется с непроводящими материалами и поверхностными загрязнениями. С другой стороны, АСМ могут измерять непроводящие материалы и выполнять измерения в воздухе, поскольку они обнаруживают силы между материалом и наконечником.