мно-силової мікроскопії (
AFM ) В
Рис. 4 Контактна (а) і квазіконтактная (б) моди AFM
Незважаючи на те, що STM має трохи більшу історію, ніж атомно-силова мікроскопія (AFM), яка була винайдена все тим же Г. Біннінген з співавторами в 1986 році, остання явно тіснить першу внаслідок більшої універсальності, гнучкості, можливості застосування на будь-яких матеріалах (включаючи біологічні), а не тільки на проводять. У будь-який з численних модифікацій AFM використовуються сили тієї чи іншої природи, що виникають між кінчиком зонда та локальної областю на поверхні зразка. Це можуть бути молекулярні (Ван дер ваальсово) сили як на рис. 3, електростатичні або магнітні.
На відміну від STM зонд в AFM встановлений на одному з кінців мініатюрної консольної балки - кантилевера, інший кінець якого закріплений на пьезоманіпуляторе. Жорсткість кантилевера відома, так що, реєструючи його прогин, можна виміряти силу, з якій поверхня зразка діє на зонд. Деформацію кантилевера вимірюють зазвичай фотоприймачем (див. рис. 4), на який падає світло лазера, відбите від тильної (непрацююче) поверхні кантилевера або пьезодатчиком.
Спочатку був реалізований контактний метод, в якому кінчик зонда (зазвичай алмазний або кремнієвий з зміцнюючих покриттям) безперервно перебував у контакті з досліджуваної поверхнею. При всій простоті реалізації, цей спосіб володіє серйозним недоліком: у ньому велика ймовірність пошкодження поверхні зразка і кінчика голки.
У 1995 році був запропонований В«неконтактнийВ» режим, що дозволив досягти істинно атомного дозволу і знизити навантаження на кінчик зонда і досліджувану поверхню. Цей метод реалізується шляхом вимірювання параметрів власних коливань кантилевера (резонансної частоти, загасання, зсуву фази між прикладеної збудливою силою та зміщенням), голка якого знаходиться досить далеко від поверхні (десятки або сотні ангстрем) і взаємодіє з нею за допомогою дальнодействующих сил Ван дер Ваальса (див. рис. 3). Проміжний режим В«квазіконтактаВ» (tapping mode в англомовній літературі), а також реєстрація латеральних сил (Friction Force Microscopy - FFM) ще більш підвищують просторове дозвіл.
Типові розміри кантилеверів лежать в діапазоні 10-100 мкм (довжина) х 3-10 мкм (ширина) х 0,1-1 мкм (товщина). Зазвичай коефіцієнт жорсткості кантилевера (~ 0,01-1 Н/м) як мінімум на порядок менше величини характерних пружних констант міжатомної взаємодії в досліджуваному матеріалі (~ 10 Н/м). При таких габаритах власна частота згинальних коливань кантилевера коливається від 100 кГц до одиниць МГц, добротність (у вакуумі) досягає порядку сотень тисяч, а чутливість-фемтоньютонов (10 , 5 Н). Ультратонкі монокристалічні кремнієві кантілевери, виготовлені в IBM (товщиною всього в 60 нм!), здатні детектувати сили завбільшки кілька аттоньютонов (10 " 18 Н). Крит...
