Mikroskop atomske sile za lasersku detekciju
Osnovni princip mikroskopije atomske sile je fiksiranje jednog kraja mikrokantilevera koji je izuzetno osjetljiv na slabe sile, a drugi kraj ima mali vrh igle. Vrh igle lagano dodiruje površinu uzorka. Zbog izuzetno slabe sile odbijanja između atoma na vrhu igle i atoma na površini uzorka, mikrokonzola sa vrhom igle će fluktuirati i kretati se u smjeru okomitom na površinu uzorka kontrolirajući konstantu sila tokom skeniranja. Korištenjem metoda optičke detekcije ili detekcije tunelske struje, mogu se izmjeriti promjene položaja mikrokantilevera koje odgovaraju točkama skeniranja, čime se dobijaju informacije o morfologiji površine uzorka. Zatim ćemo uzeti Atomic Force Microscope (Laser AFM), najčešće korištenu familiju mikroskopa za skeniranje sonde, kao primjer da bismo detaljno objasnili njegov princip rada.
Laserska zraka koju emituje laserska dioda fokusira se na poleđinu konzole kroz optički sistem i reflektuje se od zadnje strane konzole do detektora položaja tačke sastavljenog od fotodioda. Tokom skeniranja uzorka, zbog sile interakcije između atoma na površini uzorka i atoma na vrhu sonde mikrokantilevera, mikrokantilever će se savijati i fluktuirati s morfologijom površine uzorka, a reflektirani snop će se također pomicati shodno tome. Stoga se detekcijom promjena u položaju svjetlosne mrlje putem fotodiode može dobiti informacija o morfologiji površine ispitivanog uzorka.
Tokom cijelog procesa detekcije sistema i snimanja, udaljenost između sonde i testiranog uzorka uvijek se održava na nivou nanometara (10-9 metara). Ako je udaljenost prevelika, ne može se dobiti informacija o površini uzorka. Ako je udaljenost premala, oštetit će sondu i testirani uzorak. Funkcija povratne petlje je da dobije snagu interakcije uzorka sonde iz sonde tokom radnog procesa, promijeni napon koji se primjenjuje u vertikalnom smjeru skenera uzorka, tako da se uzorak proširi i skupi, prilagodi udaljenost između sonde i testiranog uzorka, a zauzvrat kontroliraju snagu interakcije uzorka sonde, postižući povratnu kontrolu. Stoga je kontrola povratne sprege osnovni mehanizam rada ovog sistema.
Ovaj sistem usvaja digitalnu kontrolnu petlju povratne sprege. Korisnici mogu kontrolisati karakteristike povratne sprege postavljanjem nekoliko parametara kao što su referentna struja, integralno pojačanje i proporcionalno pojačanje u traci sa parametrima kontrolnog softvera.
Mikroskopija atomske sile je analitički instrument koji se koristi za proučavanje površinske strukture čvrstih materijala, uključujući izolatore. Uglavnom se koristi za mjerenje površinske morfologije, površinskog potencijala, sile trenja, viskoelastičnosti i I/V krive materijala, to je moćan novi instrument za karakterizaciju površinskih svojstava materijala. Osim toga, ovaj instrument također ima funkcije kao što su nano manipulacija i elektrohemijsko mjerenje.
