(Gerd Binnig, Calvin F. Quate, Christopher Herber, 1986)
Atomik kuvvet mikroskopi (AFM), bir taramalı prob mikroskobi (SPM) yöntemidir;
tarama prosesinde örnek yüzeyine bir manivela (cantilever) uç (prob) ile uygulanan
kuvvetin analiziyle lokal yüzey özellikleri incelenir. AFM, atom seviyesinde
bir substans (malzeme) yüzeyinin modifiye edilmesi için de kullanılır.
Tarama tünelleme mikroskopiden farklı olarak, AFM, hem iletken hem de
iletken olmayan yüzeyleri incelemek için kullanılabilir. Atomik kuvvet
mikroskobun mekansal çözünürlüğü, manivelanın konumuna ve ucunun eğimine
bağlıdır. AFM'ler bir atom boyutunda yatay mesafe çözünürlüğü ve daha yüksek
dikey mesafe çözünürlüğü gösterir. Etkileşim genel olarak, van der Waals
kuvvetlerinin neden olduğu prob ve yüzey arasındaki çekici kuvvetler ve
elektrostatik kuvvetlerin neden olduğu itici etkileşimlerdir. (elektromagnetik,
magnetik, sürtünme kuvveti gibi diğer etkileşimleri analiz etmek için
kullanılan çeşitli yöntemler geliştitilmiştir.) Uç, örnekten yeterli uzaklıkta
bulunduğunda yüzey ve prob arasındaki çekim kuvveti zayıftır. Mesafe azaldıkça,
yüzey ve ucun elektron bulutlarında elektrostatik itme meydana gelinceye kadar
kuvvet büyür. Uç ve yüzey arasındaki mesafe, bağ mesafesine eşit olduğunda (birkaç
düzine nm) çekme ve itme kuvvetleri eşitlenir; daha küçük mesafelerde itme
hakim olur. Prob ucundan yüzeye olan mesafe, özel AFM modunu belirler; bunlar: Temas
mod, Temassız (veya çekim) mod, Tıklatma (veya kesikli) mod ve Kuvvet
modülasyon moddur.
Temas modunda uç ve örnrk arasındaki mesafe birkaç düzine nm
seviyesindedir. AFM prob ucu, itme kuvvetleri nedeniyle örnekle yumuşak
fiziksel temastadır. Uç ve örnek arasındaki etkileşim manivelanın bükülmesine
neden olur; böylece yüzey topografyasını kopyasını üretir. Afm’de topografik
imajlar sabit yükseklik modunda veya sabit kuvvet modunda olmak üzere iki modda
elde elilir.
Temassız (veya çekim) modda, bir piezokristalle, incelenen
yüzey üzerinde manivelanın ~2 nm genlikle osilasyonunu sağlanır; bu değer prob
ve yüzey arasındaki mesafeyi aşar. Yüzey tarama prosesinde genliğin veya
rezonant frekans kaymasının ölçülmesiyle çekme kuvveti belirlenir ve yüzeyin
bir görüntüsü oluşturulur.
Tıklatma (veya kesikli) modu temassız modla eşdeğerdir; tek
farklılık manivela ucunun, osilasyonun alt noktasında örnek yüzeyine hafifçe
değmesidir.
Diğer bir mod kuvvet
modülasyon modur; oslasyon çevrimi boyunca uç yüzeyi terketmez. Bu, kontak
modunun dinamik bir şekline benzer.
Nanolitografi
uygulamalarda afm kontakt modda kullanılır; prob ucu öncedem tanımlanmış bir
paterne uygun olarak hareket eder.
Şekil-1: Prob ucundan yüzeye olan
mesafeye bağlı olarak özel AFM modları
Şekil-2: (a) Atomik kuvvet mikroskop
blok diyagramı, (b) tipik van der Waals kuvvet eğrisi
