Atomic force microscopy

Atomic force microscopy

Atomic force microscopy

—

• —       هو ميكرسكوب ذو قوة تحليلية عالية وهو احد انواع STM  .

• —       له قدرة تحليل تصل الى اجزاء من الناناو متر (اقل من 10nm) .

• —       يفوق قوة تكبير الميكرسكوبات الضوئية بأكثر من 1000 مرة .

• —       يعتبر اكثر تطورا من STM .

• —       اخترعه العالمان Quate &Gerber عام 1986 .

• —       تمكن علماء الفيزياء في جامعة اوسكا في اليابان من استخدام AFM في التعرف على هوية التركيب الكيميائي وتحديد نوع كل ذرة ومكان تواجدها على المخطط ثلاثي الابعاد لتضاريس سطح المادة على المستوى الذري.

•     وقد اكتشف هؤلاء العلماء ان التفاعلات تشكل بصمة ذرية لتمييز الذرات باستخدام                                            

يتكون AFM من

1.     Cantilever

2.     Tip

3.     Surface

4.     Laser

5.     Photodiode

6.     Multi-segment photodetector

Basic Principles

• يتكون AFM من :

• ذراع Cautilever في نهاية مجس Probe مكون من رأس حاد Tip يستخدم لمسح سطح العينة

• يكون الذراع مصنوع من مادة السليكون او نيتريد السليكون بنصف قطر في حدود بضع نانوميترات

• عندما يقترب سطح المجس تتولد قوة بين رأس المجس وسطح العينة تؤدي هذه القوة الى انحراف في الذراع بناء على قوة هوك.

• قد تكون القوة المتبادلة قوة ميكانيكية أو قوة فاندرفالز أوقوة كهروستاتيكية أو قوة مغنلطيسية أو قوة رابطة كيميائية أو غيرها من انواع القوى وهذا حسب نوع السطح الذي يتم دراسته

• اذا تم مسح المجس عند ارتفاع معين من سطح العينة فقد يكون هناك خطورة على المجس بأن يصطدم بالسطح

• لتجنب حدوث هذا يتم استخدام تغذية عكسية للتحكم في المسافة بين المجس وسطح العينة

• يتم تثبيت العينة على قاعدة من مادة بيزوالكترك تحرك العينة في اتجاه z للحفاظ على قيمة ثابتة للقوة المتبادلة بين المجس وسطح العينة وكذلك تحريك العينة في البعدين x,y .

• هناك انواع اخرى من ميكرسكوبات القوة الذرية تستخدم 3 بلورات بيزوالكترك كل بلورة مسئولة عن اتجاه من اتجاهات الحركة الثلاثة . 

Piezoelectric                                                         

ماسح البيزوالكترك Piezoelectric هو عبارة عن ماسح من مادة بيزوالكترك وهي مواد تنضغط وتتمدد بتطبيق فرق جهد كهربي وهذه  الخاصية تستخدم في تحريك رأس المجس على العينة بدقة عالية.

صورة توضح ذراع AFM ويبلغ عرضه0 10 ميكرومتر و يمكن ان يصل الى 20 ميكرو   متر او اقل

 Imaging modes                                  

                                              انماط التشغيل واخذ الصور

• هناك نمطين اساسيين من انماط تشغيل جهاز AFM وهما النمط الاستاتيكي والذي يتم فيه سحب الذراع عبر سطح العينة ويتم مباشرة قياس تضاريس السطح من خلال الانحرافات في الذراع.

• والنمط الديناميكي يتذبذب الذراع بالقرب من السطح عند تردد رنيني resonance frequency . ويتم قياس التردد والسعة والطور والتردد الرنيني من خلال القوة المتبادلة بين المجس وسطح العينة.

• هذه التغيرات في التردد بالنسبة للتردد المرجعي يعطي معلومات عن خصائص العينة.