Microscópio de força atômica com detecção a laser
O princípio básico da microscopia de força atômica é fixar uma extremidade de um microcantilever que é extremamente sensível a forças fracas, e a outra extremidade possui uma pequena ponta de agulha. A ponta da agulha entra em contato levemente com a superfície da amostra. Devido à força repulsiva extremamente fraca entre os átomos na ponta da agulha e os átomos na superfície da amostra, o microcantilever com a ponta da agulha irá flutuar e se mover na direção perpendicular à superfície da amostra, controlando a constante força durante a digitalização. Utilizando métodos de detecção óptica ou de detecção de corrente de tunelamento, as mudanças de posição do microcantilever correspondentes aos pontos de varredura podem ser medidas, obtendo-se assim informações sobre a morfologia da superfície da amostra. A seguir, tomaremos o Microscópio de Força Atômica (Laser AFM), uma família comumente usada de microscópios de varredura por sonda, como exemplo para explicar detalhadamente seu princípio de funcionamento.
O feixe de laser emitido por um diodo laser é focado na parte traseira do cantilever através de um sistema óptico e é refletido da parte traseira do cantilever para um detector de posição pontual composto por fotodiodos. Durante a varredura da amostra, devido à força de interação entre os átomos na superfície da amostra e os átomos na ponta da sonda microcantilever, o microcantilever dobrará e flutuará com a morfologia da superfície da amostra, e o feixe refletido também mudará de acordo. Portanto, ao detectar mudanças na posição do ponto de luz através de um fotodiodo, podem ser obtidas informações sobre a morfologia da superfície da amostra testada.
Durante todo o processo de detecção e geração de imagens do sistema, a distância entre a sonda e a amostra testada é sempre mantida no nível nanométrico (10-9 metros). Se a distância for muito grande, não será possível obter informações sobre a superfície da amostra. Se a distância for muito pequena, danificará a sonda e a amostra testada. A função do circuito de feedback é obter a força da interação da amostra da sonda durante o processo de trabalho, alterar a tensão aplicada na direção vertical do scanner de amostra, de modo a fazer a amostra expandir e contrair, ajustar a distância entre a sonda e a amostra testada e, por sua vez, controla a força da interação da amostra da sonda, alcançando o controle de feedback. Portanto, o controle de feedback é o principal mecanismo de funcionamento deste sistema.
Este sistema adota um circuito de controle de feedback digital. Os usuários podem controlar as características do circuito de feedback definindo vários parâmetros, como corrente de referência, ganho integral e ganho proporcional na barra de ferramentas de parâmetros do software de controle.
A microscopia de força atômica é um instrumento analítico usado para estudar a estrutura superficial de materiais sólidos, incluindo isolantes. Usado principalmente para medir a morfologia da superfície, o potencial da superfície, a força de atrito, a viscoelasticidade e a curva I/V dos materiais, é um novo e poderoso instrumento para caracterizar as propriedades da superfície dos materiais. Além disso, este instrumento também possui funções como nanomanipulação e medição eletroquímica.
