Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) Nedir: Nobel Ödüllü Taramalı Prob (Tünelleme) Mikroskobunun (STM) piyasaya sürülmesinden ve ardından Binnig, Quate ve Gerber’in dönüm noktası olan atomik kuvvet mikroskobunun (AFM) icat edilmesinden bu yana tarama probu alanı, nanometre ölçeğinde topografyayı görüntülemek için atomlar arası kuvvetleri kullanmayı oldukça yaygınlaştırdı. Moleküller arası kuvvetleri ölçme ve atomları görme yeteneği bilimsel olarak oldukça cazip bir keşif.
Topografi görüntüleme tek başına, araştırmacıların ihtiyaç duyduğu yanıtları her zaman sağlamaz. Yüzey topolojisi genellikle malzeme özellikleriyle ilişkili değildir. Bu nedenlerle, çeşitli yüzeylerde nicel veriler sağlamak için gelişmiş görüntüleme modelleri geliştirilmiştir. Günümüzde artık sürtünme, elektrik kuvvetleri, kapasitans, manyetik kuvvetler, iletkenlik, viskoelastisite, yüzey potansiyeli ve direnç dahil olmak üzere birçok malzeme özelliği AFM teknikleriyle belirlenebiliyor.
Taramalı Tünel Açma Mikroskobu (STM)
Taramalı prob mikroskopları ailesinin gelişimi, 1981’de STM’nin icat edilmesi ile başladı. Bu cihazı Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer bulmuştur. İsviçre’deki IBM Zürih Araştırma Laboratuvarları’nda çalışırken ilk çalışan STM’yi geliştirdiler. Bu alet daha sonra Binnig ve Rohrer’e 1986 yılında Nobel Fizik Ödülünü kazandıracaktı.
Atomik Kuvvet Mikroskobu’nun STM’den Farkı Ne?
Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), STM ile alâkalı temel bir dezavantajın hakkından gelmek için geliştirilmiştir. (STM, sadece iletken veya yarı iletken yüzeyleri görüntüleyebilmektedir). AFM, polimerler, seramikler, kompozitler, cam ve biyolojik numuneler birlikte olmak üzere neredeyse birçok tür yüzeyi görüntüleme avantajına sahiptir. Bu nedenle STM’ye nazaran ciddi manada daha kullanışlıdır.
Binnig, Quate ve Gerber, 1985 yılında AFM’yi icat ettiler. İlk ürettikleri AFM, altın bir folyo şeridine tutturulan elmas parçasından oluşuyordu. Elmas ucu, etkileşim mekanizmasını sağlayan interatomik van der waals kuvvetleri ile doğrudan yüzeye temas ediyordu. Yayın dikey hareketinin tespiti, yayın üzerine yerleştirilen bir STM olan ikinci bir uç ile yapılmaktaydı.
100 Yıldan Fazla Yaşayan İnsanlar Nasıl Diyet Yapmıştır ?
Atomik Kuvvet Mikroskobu Nasıl Çalışır?
Taramalı Tünel Açma Mikroskobunun (STM) çalışma şekline benzer şekilde, yüzeyi görüntülemek için gerekli parametreleri ayarlamak amacıyla, yüzey üzerinde keskin bir uç raster ile taranır. Yukarıda da belirttiğimiz gibi Taramalı Tünelleme Mikroskoplarının aksine, Atomik Kuvvet Mikroskobu’nun iletken bir numuneye ihtiyacı yoktur. Tünel oluşturmanın kuantum mekanik etkisini kullanmak yerine, uç-örnek etkileşimini haritalamak için atomik kuvvetler kullanılır.
Genellikle Taramalı Prob Mikroskobu (SPM) olarak adlandırılan, neredeyse her ölçülebilen kuvvet etkileşimi için Atomik Kuvvet Mikroskobu’nun kullanım teknikleri vardır. (Van der Waals, elektrik, manyetik, termal). Daha özel tekniklerin bazıları için, değiştirilen ipuçları ve yazılımsal düzenlemeler gereklidir.
Angstrom düzeyinde konumlandırma ve feedback (geri besleme) döngüsü kontrolüne ek olarak, Atomik Kuvvet Mikroskobunda genelde bulunan 2 bileşen vardır: Sapma ve Kuvvet Ölçümü.
AFM Prob Sapması
Geleneksel şekilde, çoğu Atomik Kuvvet Mikroskobu, bir lazerin yansıtıcı AFM kolunun arka kısmından ve konuma duyarlı bir şekilde detektöre yansıtılan bir lazer ışını saptırma sistemi kullanmaktadır. AFM uçları ve yayları genelde Si veya Si3N4’ten mikro fabrikasyon olarak üretilmektedir. Genelde uç yarıçapı 2 ila 10 nanometre arasındadır.
AFM Kuvvet Ölçümü
Atomik Kuvvet Mikroskobu, uç ve numune arasındaki kuvvetlere göre çalışmaktadır. Bu kuvvetler AFM’nin ölçümlerini ciddi ölçüde etkiler. Kuvvet doğrudan ölçülmez, ancak yayın sertliğine göre oluşmakta olan sapma ölçülüp hesaplanır.
