Nano-maailma
Nano, joka tulee kreikan kääpiötä tarkoittavasta sanasta, vastaa etuliitettä, joka tarkoittaa 10-9-kerrointa. Näin ollen nanometri on metrin miljardisosa, joka on pituusasteikko, jossa molekyylien välinen voima ja kvanttivaikutus vaikuttavat. Jotta nanoskaala olisi ymmärrettävämmässä mittakaavassa, ajatellaan, että atomin koko suhteessa omenaan on samankokoinen kuin omenan koko suhteessa maapalloon! Atomivoimamikroskoopit (Atomic Force Microscopes, AFM) antavat meille ikkunan tähän nanokokoluokan maailmaan.
AFM:n periaate
– Pintahavainnointi
AFM:ssä käytetään hyvin terävällä kärjellä varustettua cantileveriä näytteen pinnan skannaamiseen. Kun kärki lähestyy pintaa, pinnan ja kärjen välinen läheinen vetovoima saa cantileverin taipumaan kohti pintaa. Kuitenkin kun cantileveri tuodaan vielä lähemmäs pintaa niin, että kärki koskettaa sitä, lisääntyvä repulsiivinen voima ottaa vallan ja saa cantileverin taipumaan poispäin pinnasta.
– Havaintomenetelmä
Lasersädettä käytetään havaitsemaan cantileverin taipuminen kohti pintaa tai poispäin pinnasta. Heijastamalla osuva säde konsolin litteästä yläosasta konsolin taipuminen aiheuttaa pieniä muutoksia heijastuneen säteen suunnassa. Asentoherkkää valodiodia (PSPD) voidaan käyttää näiden muutosten seuraamiseen. Näin ollen, jos AFM-kärki kulkee koholla olevan pintapiirteen yli, PSPD rekisteröi siitä johtuvan konsolin taipuman (ja siitä seuraavan heijastuneen säteen suunnan muutoksen).
– Kuvantaminen
AFFM kuvaa näytteen pinnan topografiaa skannaamalla konsolia kiinnostavan alueen yli. Näytteen pinnalla olevat kohonneet ja laskeutuneet piirteet vaikuttavat cantileverin taipumaan, jota PSPD seuraa. Käyttämällä takaisinkytkentäsilmukkaa, jolla ohjataan kärjen korkeutta pinnan yläpuolella – jolloin laserin asento pysyy vakiona – AFM voi tuottaa tarkan topografisen kartan pinnan piirteistä.