Как функционируют атомно-силовые микроскопы – описание и принцип работы

Атомно-силовой микроскоп, или AFM – устройство, относящееся к классу сканирующих микроскопов. Приборы такого типа созданы для исследования рельефа поверхности образцов. Они позволяют производить максимальное увеличение с высоким разрешением, даже до атомарного уровня.

Особенность атомно-силовых микроскопов

До того, как был изобретен атомно-силовой микроскоп, широко применялись сканирующие модели туннельного типа. Но, возможностей туннельных микроскопов стало недостаточно для исследовательской деятельности, поэтому группа ученых решилась взяться за модернизацию этого устройства.

В результате усовершенствования туннельного микроскопа и появились атомно-силовые модели в 1982 году. Создатели атомно-силового микроскопа – Герд Биннинг, Кристофер Гербер, Кельвин Куэйт.

Основная особенность и преимущество атомно-силового микроскопа – в отличие от моделей туннельного класса он позволяет исследовать поверхности и объекты проводящего и непроводящего типа.

Принцип работы

В атомно-силовых микроскопах рельефы поверхностей исследовались за счет упругой консоли (кантилевера). Отклонение кантиливера вычислялось по величине туннельного тока, как и в предыдущей модификации микроскопов. Впоследствии пришлось отказаться от этой методики регистрации смены положений кантилевера. Спустя 2 года ученые решили усовершенствовать микроскоп.

Современные атомно-силовые микроскопы работают уже по усовершенствованной оптической схеме.

  1. Лазерный луч попадает на поверхность кантилевера.
  2. Происходит отражение лазера.
  3. В результате луч попадает на фотодетектор.

За счет модернизации принципа работы и использования лазера современные атомно-силовые микроскопы имеют расширенные возможности. Современные устройства позволяют получать максимально точное изображение с высоким разрешением.

Как устроен атомно-силовой микроскоп

С 1982 года на протяжении всего времени появлялись новые модели атомно-силовых микроскопов. Их конструкция и дизайн отличались, но базовые принципы и основные составляющие остались неизменными. Чтобы лучше понимать принцип работы этого устройства, стоит рассмотреть особенности конструкции.

  1. Основа атомно-силового микроскопа – жесткий корпус, который выполняется из прочных материалов. Его задача – удержание системы.
  2. Для закрепления образцов используется специализированный держатель, который позволяет фиксировать исследуемые объекты.
  3. Устройства для манипуляций с образцами. Они бывают различных типов.
  4. Дополнительно присутствует система, регистрирующая отклонения зонда.
  5. В атомно-силовых микроскопах важнейшей частью является система обратной связи и блок электронного управления.

Если сравнивать атомно-силовой микроскоп и стандартные сканирующие электронные модели, у первого больше преимуществ и возможностей. Первое преимущество АСМ заключается в том, что он позволяет получать истинное трёхмерное изображение объектов, что делает их исследование более точным. В отличии от стандартных растровых микроскопов АСМ может работать даже без вакуума – с жидкостями и воздухом.

Но, у атомно-силовых микроскопов есть и недостатки. Из-за небольших размеров поля сканирования их не всегда можно использовать. В целом класс атомно-силовых микроскопов на данном этапе развития техники является востребованным и высокоэффективным.

По материалам https://arstek.ru/product/atomno-silovye-mikroskopy/certus-standard-v/

0

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Проверка комментариев включена. Прежде чем Ваши комментарии будут опубликованы пройдет какое-то время.