Атомно-силовой микроскоп: что это такое, важная информация об устройстве

Первый микроскоп атомно-силового типа был сконструирован еще в начале 80-х годов теперь уже прошлого 20-го века. Его изобретатели - Герд Бинниг, Кельвин Куэйт и Кристофер Гербер – модифицировали сканирующий тоннельный микроскоп. С целью определения особенностей рельефа микроповерхностей была использована особая консоль, по изгибу которой определялось значение тоннельного тока. Впрочем, довольно быстро от данной методики отказались в пользу другой оптической схемы. Согласно ей, лазерный луч направлялся на внешнюю сторону консоли и, отражаясь от нее, падал на особый детектор. Именно такая схема используется по сей день в подавляющем большинстве моделей атомно-силовых микроскопов.

Область использования атомно-силового микроскопа

Сегодня данный тип микроскопов используют с целью детектирования рельефа проводящих и не проводящих поверхностей. Что имеет весомое преимущество перед тоннельным микроскопом, который может работать лишь с проводящими объектами.

Разрешающая способность приборов может достигать буквально атомарного уровня. Особо продвинутые модели дают возможность манипулировать с отдельными атомами.

Какие преимущества имеет атомно-силовая микроскопия

Чтобы получить замеры нанорельефных поверхностей, не обойтись без атомно-силовой микроскопии. Метод получил вполне заслуженное признание, благодаря таким своим особенностям и плюсам:

• Исключительно высокое разрешение – буквально до наноуровня;
• Во время проведения исследования образец не разрушается;
• Способность работать как в полном вакууме, так и в различных средах;
• Оператор получает объемное отображение рельефности исследуемой поверхности;
• Проводится подробнейший анализ всех неровностей обследуемой плоскости;
• Можно работать не только с проводящими, но и непроводящими образцами.

Конструктив атомносиловых микроскопов достаточно сложен, что можно отнести к относительным недостаткам прибора.

Общее устройство атомно-силового микроскопа

В зависимости от модели, устройство атомно-силовых микроскопов будет отличаться. Но можно рассмотреть общие их конструктивные особенности.

Чтобы исключить колебательные воздействия на устройство, микроскоп устанавливается на особую сейсмически устойчивую платформу.

Электросхема прибора обычно состоит из:

• Цепи обратной связи – чтобы можно было обеспечить неизменную степень прижатия образца к консоли;
• Сигнального микропроцессора;
• Коммутирующего устройства;
• Драйвера;
• Управляющего компьютера.

Что касается механической части такого микроскопа, то она включает в себя:

• Платформу для устранения вибраций. В противном случае результаты замеров окажутся сильно искаженными – даже от микротолчков;
• Корпусную часть с вмонтированным шаговым мотором и пьезотрубкой – чтобы можно было точно перемещать обследуемый объект;
• Металлический столик. Он должен уберегать образец от изгибания во время его прикрепления к пьезотрубке;
• Консоль (кантилевер), которая принимает непосредственное участие в сканировании объекта. В некоторых моделях для этого используется особый зонд;
• Опору в виде выдвижного механизма для прикрепления сканирующего устройства;
• Лазерную сканирующую насадку. Длина волны лазера равна 700 нм;
• Отклоняющее зеркало, направляющее отраженный луч лазера на фиксирующее фотодиодное устройство;
• Фиксирующий фотодиод;
• Защиту от всевозможных наводок.

Конструктивная продуманность и использование самых современных материалов при изготовлении таких микроскопов позволяют проводить замеры на самом высоком уровне точности.