Microscope à force atomique(Atomic Force Microscope, AFM) est une technologie de microscopie à haute résolution basée sur l'interaction d'une sonde avec la surface d'un échantillon, capable d'effectuer des mesures topographiques tridimensionnelles et de multiples analyses de propriétés physiques et chimiques sur des échantillons à l'échelle nanométrique. Ses principaux avantages sont l'absence d'environnement sous vide, la possibilité de mesurer une grande variété de matériaux (y compris les isolants) et la capacité de fournir des résolutions allant bien au - delà de celles de la microscopie optique (résolution latérale jusqu'à 0,1 - 0,2 nanomètre et résolution longitudinale jusqu'à 0,01 nanomètre). Voici les principales fonctions de mesure et les scénarios d'application de l'AFM:

1, reconstruction de la topographie en trois dimensions

Le déplacement vertical de la sonde (signal de l'axe Z) est enregistré par balayage de la surface de l'échantillon à l'aide d'une sonde, générant une image tridimensionnelle haute résolution de la surface.

Applications: analyse de la rugosité de surface des nanomatériaux, caractérisation structurelle des dispositifs microélectroniques, observation de la topographie de surface des échantillons biologiques (par exemple, membranes cellulaires, ADN).

Cas: mesure d'une seule étape de couche atomique à la surface du graphène avec une différence de hauteur de seulement 0,34 nanomètre.

2, hauteur des marches et analyse de profil

Mesurer quantitativement l'épaisseur du film, le diamètre du nanofil, la hauteur des particules et d'autres dimensions verticales.

Applications: Évaluation de la qualité de croissance des films minces semi - conducteurs, statistiques sur la taille des nanoparticules, détection de l'uniformité des revêtements.

1, module élastique et dureté

Le module local d'élasticité de l'échantillon (Young's Modulus) et la dureté ont été calculés par analyse de la courbe force - distance.

Applications: caractérisation des propriétés mécaniques des matériaux polymères, étude des différences de dureté des tissus biologiques (par exemple cartilage, cellules tumorales).

Cas: mesure de la différence de module d'élasticité entre les cellules cancéreuses et les cellules normales, aide au diagnostic du cancer.

2, force d'adhérence et de frottement

Mesurer les forces d'adhérence (par exemple, les forces intermoléculaires) ou les forces de frottement latérales entre la sonde et la surface de l'échantillon.

Applications: Évaluation des propriétés des matériaux lubrifiants, étude des interactions des biomolécules (p. ex., protéines, ADN) avec le substrat.

1, microscope à force atomique conducteur (C - AFM)

Appliquer une tension sur la sonde, mesurer la distribution de courant à la surface de l'échantillon, générer une carte de conductivité.

Applications: analyse des fuites de dispositifs semi - conducteurs, détection de l'uniformité des films de polymères conducteurs, évaluation de la qualité des contacts d'électrodes de cellules solaires.

Cas: localisation de micro - zones de cellules solaires mal conductrices, optimisation du processus de fabrication.

2, microscope électrostatique (EFM)

Mesure de la force électrostatique entre la sonde et la surface de l'échantillon, reflétant la distribution de charge de surface ou la constante diélectrique.

Application: observation de la structure de domaine de Matériau ferroélectrique, analyse de piège de charge de surface d'isolant.

1, microscope magnétique (MFM)

À l'aide d'une sonde à revêtement magnétique, la structure du domaine magnétique de la surface de l'échantillon est cartographiée par la force d'interaction magnétique.

Applications: développement de têtes de disques durs, recherche sur l'Arrangement de nanoparticules magnétiques, caractérisation de dispositifs spintroniques.

Cas: observation du processus d'écriture et de lecture de domaines magnétiques à l'échelle nanométrique dans un support de stockage magnétique.

1, microscope thermique à balayage (sthm)

La pointe de la sonde chauffe et mesure la conductivité thermique locale, générant une carte de répartition thermique.

Applications: optimisation de la gestion thermique des dispositifs microélectroniques, analyse anisotrope de la conductivité thermique des matériaux composites.

Microscope à force chimique (CFM)

La sonde fonctionnalise les modifications (comme la fixation de molécules spécifiques) qui identifient la composition chimique de surface par la force de liaison chimique.

Applications: détection de molécules uniques, localisation de sites actifs de surface de catalyseurs, reconnaissance spécifique de biomolécules.

2, observation dynamique des échantillons biologiques

Le Mouvement cellulaire, le repliement des protéines ou le processus d'hybridation de l'ADN sont surveillés en temps réel dans un environnement liquide.

Cas: observation de la distribution dynamique des récepteurs à la surface des membranes cellulaires vivantes, étude des mécanismes d'action des médicaments.

1, AFM résolu dans le temps

Le balayage à grande vitesse (de l'ordre de la milliseconde) Capture les changements de topographie de surface tels que les changements de phase, la croissance cristalline ou les processus de corrosion.

Application: évolution de la topographie du processus de charge et de décharge des électrodes de batterie, surveillance de la phase initiale de la corrosion des métaux.

1, Association AFM - Raman

Combinez la topographie AFM avec l'information chimique de spectroscopie Raman pour réaliser l'analyse synchrone « topographie - Composition ».

Applications: matériaux bidimensionnels (par exemple, mos₂) Nombre de couches et identification des défauts, étude de l'interface des composites polymères.

2, AFM - couplage infrarouge

Imagerie chimique à l'échelle nanométrique par spectroscopie infrarouge améliorée (ters) avec pointe d'aiguille.

Applications: analyse de la composition chimique nanostructurale de biomolécules, localisation du Centre d'activité de surface du catalyseur.