Mikroskopie atomárních sil (AFM)

Mikroskopie atomárních sil (zkratka AFM je z anglického Atomic Force Microscopy) je metoda, při níž získáváme obraz pomocí sondy (hrotu). Hrot je upevněný na ohebném držáku a pohybuje se v těsné blízkosti povrchu zkoumaného vzorku v pravidelném rastru. Vlivem nerovností povrchu se držák s hrotem mírně prohýbá, tento pohyb je detekován pomocí laseru. Ze závislosti prohnutí na poloze hrotu získáváme povrchový reliéf. Obraz vzniká postupně, bod po bodu.

Měření metodou AFM může být kontaktní či bezkontaktní. Při bezkontaktním režimu hrot osciluje nad povrchem až na hranici frekvence rezonance, ale stále je v dostatečné blízkosti, kdy na sebe hrot a vzorek působí meziatomovou přitažlivostí (odpudivými a přitažlivými van der Waalsovými silami). Při kontaktním módu je výchylka hrotu držená na konstantní hodnotě a systém zpětné vazby kopíruje povrch. AFM může zobrazovat pouze povrch vzorků, nicméně se svým rozlišením tato metoda blíží elektronové mikroskopii. Na rozdíl od té ale poskytuje trojrozměrný obraz povrchu, zatímco mikroskop pouze obraz dvourozměrný.

Příprava vzorků pro metodu AFM je velmi snadná a zpravidla nevyžaduje, aby se vzorek speciálně připravoval, například leštěním či pokovením. AFM může dokonce pracovat v kapalném prostředí, což je výhodné především pro studium biologických preparátů, které mohou být při zobrazování ve svém přirozeném fyziologickém prostředí a lze sledovat jejich funkci či reakci na změnu prostředí.

Kromě měření tvaru povrchu je možné provádět i složitější experimenty. Jedním z nich je měření lokální mechanické odezvy pomocí závislosti síly na vzdálenosti, čímž získáváme informaci o tvrdosti materiálu či adhezi mezi hrotem a povrchem. Takové měření lze provést v každém bodě, a tím můžeme získat mapu mechanických vlastností povrchu vzorku. Použitím jiných, funkčních hrotů, je možné měření velkého množství dalších parametrů. Nejrozšířenější z těchto měření je analýza rozložení magnetických domén, analýza rozložení elektrostatického pole či analýza povrchového potenciálu.

Jednoznačnou nevýhodou AFM je velmi omezený rozsah měření a tím i velikosti obrazu (maximálně ve stovkách mikrometrů), ale také pomalost snímání, sestavení jednoho obrazu trvá až několik minut. Je také omezen vertikální rozsah měření, který bývá maximálně v řádech desítek mikrometrů, což je limitující pro maximální výšku vzorku. Problémy způsobuje také blízkost hrotu a vzorku, díky čemuž může dojít k zachycení hrotu či jeho znečištění. Může ale dojít rovněž k poškození vzorku. Problémem je i nenulová šířka hrotu, která může způsobit deformaci obrazu a tím ovlivnit přesnost měření.