מיקרוסקופ כוח אטומי

מיקרוסקופ כוח אטומי (באנגלית: (Atomic Force Microscope (AFM) הוא מיקרוסקופ בעל רזולוציה גבוהה במיוחד. הרזולוציה שלו יכולה להגיע עד לאנגסטרם בודד. מיקרוסקופ הכוח האטומי הראשון הומצא בשנת 1986, והוא משמש מאז ככלי יסודי בחקר החומר בסקאלות הננומטריות, למטרות דימות ומדידה. מיקרוסקופ זה יעיל במיוחד לחקירת פני שטח של חומרים.

עקרון פעולה 
עקרון הפעולה של מיקרוסקופ הכוח האטומי הוא השימוש בכוחות משיכה ודחייה בסיסיים. בלב המכשיר חיישן (tip), שנע על פני השטח בשני צירים (אורך ורוחב). כאשר החיישן קרוב מספיק לפני השטח מתחילים כוחות רבים לפעול בינו לבין פני השטח, ביניהם כוחות ואן דר ואלס, כוחות חשמליים, כוחות מגנטיים, כוחות קפילריים וכוחות קזימריים. כוחות אלה מזיזים את החיישן, וביחד איתו זז גם המכלול (cantilever) שמחובר אליו. תנועת המכלול מתורגמת לשינוי בתבליט פני השטח של הדגם. בדרך כלל מטילים  קרן לייזר על המכלול, כך שכל שינוי במיקום החיישן יגרום לשינוי בעוצמת קרן הלייזר המוחזרת ממנו לגלאי, ושינוי העוצמה מתורגם לשינוי גובה בפני השטח של הדגם.

התוצאה המתקבלת לאחר סריקת פני השטח של החומר באמצעות המיקרוסקופ היא טופוגרפיה תלת־ממדית של הדגם. לא ניתן להסיק ממנה את הרכב החומר, אלא רק את צורת פני השטח, בדיוק גבוה מאוד.

יתרונות וחסרונות 
למיקרוסקופ כוח אטומי יתרונות רבים על מכשירי מדידה אחרים. הראשון שבהם הוא הרזולוציה הגבוהה שלו. בנוסף לכך, תמונת הדגימה שהוא מייצר היא תלת־ממדית, שלא כמו מיקרוסקופ אלקטרונים המייצר תמונה דו-ממדית של הדגם. כמו כן, אין צורך בריבוץ של שכבת הגנה כנדרש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), או ריקוע פני השטח כנדרש במיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM). גם אין צורך לעבוד ברמת ואקום גבוהה - ניתן אפילו לעבוד בסביבה נוזלית, יתרון שמועיל במיוחד לחוקרים מתחומי מדעי החיים. 

רוב החסרונות של מיקרוסקופ כוח אטומי נוגעים לזמן הרב, יחסית, שאורכת מדידת דגימה אחת. בנוסף, שטח הדגימה וטווח הגבהים הטופוגרפיים הניתנים למדידה קטנים מאוד. לכן שיטה זו מתאימה רק לדגמים קטנים במיוחד.

ראו גם
 ננוליתוגרפיית עט נובע

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

פיזיקה: מתקני ניסוי ותצפית
כוח אטומי, מיקרוסקופ