ميكروسكوپ نيروي اتمي AFM

• تاريخچهنانومتر واحد بسيار بسيار کوچکي براي اندازهگيري طول است كه در ابعاد اتمي و مولكولي كاربرد دارد. 1 نانومتر فاصلة بسيار كوچكي است و به عنوان مثال مولكول آب با آن سنجيده ميشود. براي درك ميزان كوچكي اين واحد طول خوب است بدانيم كه تار موي انسان حدوداً 80 هزار نانومتر قطر دارد، بنابراين براي مشاهده پديدهها و درك اثراتي كه در اين اندازه بسيار كوچك وجود دارد نهتنها به چشم غيرمسلح نميتوان تكيه كرد بلكه حتي از ميكروسكوپهاي معمولي كه در آزمايشگاهها وجود دارند نيز، نميتوانند استفاده کنند چراکه با اين ميکروسکوپها فقط تا ابعاد "ميکرومتر" را میتوان دید.
به همين دليل دانشمندان با پيشرفت علم و فنون به فكر ساختن وسايلي افتادند كه بتوانند ابعاد اتمي را هم اندازهگيري كنند.
وسايل زيادي با روشهاي مختلف براي اين منظور ساخته شده است كه خيلي از آنها كامل شده نمونههاي قبلي است. اما ميكروسكوپ نيروي اتمي جزو جديدترين دستاوردهاي دانشمندان در زمينه اندازهگيري در ابعاد و مقياس نانو است كه در پاييز سال هزار و سيصد و شصت و سه يعني حدود بيست سال پيش توسط جرد بينينگ، كريستوف جربر و كوايت ساخته شد.
دستگاهي كه بينينگ و همكارانش ساخته بودند از نظر عملكرد كاملاً مشابه ميكروسكوپهاي نيروي اتمي امروزي بود و در طي اين بيست سال تنها دقت و روش فهم نهايي اندازهها پيشرفت كرده است. با اين دستگاه ميشد طولهايي تا حدود "سيصد آنگستروم" يا "سي نانومتر" را اندازه گرفت. با گذشت زمان اين دستگاه کاملتر شد و امروزه ميتوان با دقتي بيش از پانصد برابر دقت ميكروسكوپ بينينگ سطوح مواد را مشاهده نمود.
روش كار
ميدانيم كه تمامي اجسام هراندازه هم كه به ظاهر صاف و صيقلي باشند، باز هم در سطح خود داراي پستي و بلندي و ناصافيهايي هستند. به عنوان مثال سطح شيشه بسيار بسيار صاف و صيقلي به نظر ميرسد، اما اگر در مقياس خيلي کوچک به آن نگاه کنيم، خواهيم ديد که سطح شيشه پر از ناصافيها يا به عبارتي "دست انداز" است. كار ميكروسكوپ نيروي اتمي نشاندادن اين ناصافيها و اندازهگيري عمق آنهاست. ثبت چگونگي قرارگيري و نشان دادن عمق و ارتفاعِ پستي و بلنديها در يك سطح خاص از ماده را "توپوگرافي" مينامند.
مي دانيم که نيروهاي بسيار کوچکي بصورت جاذبه و دافعه بين اتمهاي باردار وجود دارند، (درست مثل دو سر ناهمنام آهنربا که باعث دفع و جذب مي شوند.) چنين نيروهايي بين نوک ميکروسکوپ و اتمهاي سطح ايجاد مي گردد. با اندازه گيري نيروي بين اتمها در نقاط مختلف سطح، مي توان محل اتمها روي آن را مشخص کرد.

ميكروسكوپ نيروي اتمي از اجزاء و قطعات مختلفي تشكيل شده است كه مهمترين بخش آن مجموعه "انبرك و نوك" ميباشد و در واقع قسمت اصلي براي شناخت سطوح به شمار ميآيد. جنس انبرك معمولاً از سيليسيم و نوك از يک تک اتم (معمولا اتم الماس) تشکيل شده است. براي اينکه ميکروسکوپ نيروي اتمي بتواند برجستگي ها و فرورفتگي ها را در ابعاد نانومتر حس کند لازم است نوک تيز انبرک ظرافت اتمي داشته باشد. همان طور که ما با دستکش کار نمي توانيم زبري يا نرمي يک سطح را حس کنيم. ازآنجا كه تصاوير مربوط به اندازههاي اتمي روي يك سطح با چشم غيرمسلح يا حتي مسلح به قويترين عدسيها قابل مشاهده نيست، به کمک ابزارهاي پيشرفته، حرکات عرضي لمس شده توسط انبرک و نوک ويژه ميکروسکوپ را به تصاوير ويدئويي تبديل ميکنند تا امکان مشاهده آرايش اتمهاي سطح، در صفحة رايانه امکانپذير باشد.
.
. بقیه در ادامه مطلب