Wie funktioniert ein Rasterkraftmikroskop?

Ein Rasterkraftmikroskop (AFM, Atomic Force Microscope ist ein hochauflösendes Mikroskop, das die Oberflächenstruktur von Proben auf atomarer Ebene abbild kann. Es funktioniert folgendermaßen: 1. **Spitze und Cantilever**: Ein AFM verwendet eine sehr feine Spitze, die an einem flexiblen Hebel (Cantilever) befestigt ist. Die Spitze ist oft nur wenige Nanometer breit. 2. **Annäherung an die Probe**: Die Spitze wird sehr nahe an die Oberfläche der Probe gebracht. Die Kräfte zwischen der Spitze und der Probe (z.B. van-der-Waals-Kräfte, elektrostatische Kräfte) bewirken eine Ablenkung des Cantilevers. 3. **Messung der Ablenkung**: Ein Laserstrahl wird auf die Rückseite des Cantilevers gerichtet und reflektiert auf einen Positionsdetektor. Wenn der Cantilever abgelenkt wird, ändert sich die Position des reflektierten Laserstrahls auf dem Detektor. Diese Änderung wird gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. 4. **Rasterbewegung**: Die Probe oder die Spitze wird in einem Rastermuster bewegt, um die gesamte Oberfläche der Probe abzutasten. Dies geschieht meist durch piezoelektrische Scanner, die sehr präzise Bewegungen ermöglichen. 5. **Bildgebung**: Die gemessenen Ablenkungen des Cantilevers werden verwendet, um ein Bild der Oberflächenstruktur der Probe zu erstellen. Diese Daten können in verschiedenen Modi gesammelt werden, z.B. im Kontaktmodus, Nicht-Kontaktmodus oder Tapping-Modus, je nach den spezifischen Anforderungen der Untersuchung. Durch diese Methode können sehr detaillierte Bilder der Oberflächenstruktur von Materialien erstellt werden, die Auflösungen im Bereich von Bruchteilen eines Nanometers erreichen.