Kính hiển vi lực nguyên tử _ AFM

KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ AFM
(ATOMIC FORCE MICROSCOPE)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÍ
BỘ MÔN VẬT LÍ ỨNG DỤNG
Trường đại học khoa học tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh
Bộ môn vật lí ứng dụng
Lớp cao học quang điện tử khóa 18
KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ
(AFM)
( Atomic Force Microscope)
1. Lịch sử phát triển
•
Được sáng chế bởi Gerd Binnig và Christoph Gerber
vào năm 1986.
•
Loại kính này được phát triển từ một loại kính hiển vi
tunen cũng do hai ông chế tạo vào năm 1982.
•
Kính có độ phân giải ở cấp độ nanômét
•
Thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động trên
nguyên tắc quét đầu dò trên bề mặt.
The inventors
The inventors
Ảnh chụp chiếc AFM đầu tiên lưu giữ
tại bảo tàng khoa học Luân Đôn
2/ Chức năng của máy AFM
Là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt của
vật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương
tác nguyên tử giữa một đầu mũi dò nhọn với bề

mặt của mẫu, có thể quan sát ở độ phân giải
nanômet.
3. Cấu tạo của AFM
Gồm có 6 bộ phận chính
•
Một mũi nhọn. Cần quét ( cantilever).
•
Nguồn Laser.
•
Phản xạ gương (miroir ).
•
Hai nữa tấm pin quang điện (photodiod)
•
Bộ quét áp điện
3.1.Mũi nhọn:
•
Được làm bằng silic nitrit(Si3N4), kích thước khoảng một
nguyên tử.
3. 2.Cantilever(cần quét):
Nó cũng được cấu tạo từ Si
3
N
4
3. 3.Nguồn laser
3. 4.Miroir( phản xạ phương)
3. 5.Hai nửa tấm pin quang điện
(photodiode)
3. 6.Bộ quét áp điện:

4. Nguyên lý của AFM
•
Khi mũi nhọn quét gần bề mặt mẫu sẽ xuất hiện lực
VandeWalt giữa các nguyên tử làm rung thanh rung.
•
Dao động của thanh rung do lực tương tác được ghi
lại nhờ một tia laser chiếu qua bề mặt của thanh rung.
•
Dao động của thanh rung làm thay đổi góc lệch của
tia laser và được detector ghi lại.
=> Việc ghi lại lực tương tác trong quá trình thanh rung
quét trên bề mặt sẽ cho hình ảnh cấu trúc bề mặt của
mẫu vật
Chiếu chùm tia laze vào mặt phản xạ của
cần quét
Chiếu chùm tia laser vào mặt phản xạ của
cần quét(tiếp theo)
Khi đầu dò quét
lên bề mặt mẫu,do
sự mấp mô của bề
mặt mẫu đầu dò
sẽ rung lên theo
phương thẳng
đứng, chùm tia
laze phản xạ trên
cần quét sẽ bị xê
dịch.
( tiếp theo )
Khi đầu dò
đưa lại gần

bề mặt mẫu
thì xuất
hiện những
lực giữa
đẫu dò và
bề mặt
mẫu.
Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi
lực nguyên tử
Máy AFM có thể thao tác trong nhiều chế độ
khác nhau
•
Chế độ tiếp
xúc ( Contact
Mode)
•
Chế độ không
tiếp xúc ( Non-
Contact Mode)
•
Chế dộ
tapping.
CHẾ ĐỘ TIẾP XÚC CONTACT MODE
•
Tip được tiếp xúc và kéo lê trên bề mặt mẫu và cho ảnh
đòa hình
•
Lực tác dụng là lực đẩy khoảng 10
-9
N

•
Nhược điểm của phương pháp: dễ phá huỷ bề mặt mẫu
và tip, hình ảnh dễ bò méo (nhiễu) do lớp vật chất hấp
phụ trên bề mặt mẫu làm nhiễu lực đẩy. Chỉ có thể khắc
phục nếu AFM hoạt động trong môi trường chân không
cao
CHẾ ĐỘ KHÔNG TIẾP XÚC
NON-CONTACT MODE
•
Trong chế độ này đầu dò luôn được giữ ở một khoảng cách rất nhỏ
ngay sát bề mặt mẫu (10-15 nm), sự thay đổi độ lệch của lò xo lá do
thay đổi lực hút sẽ được ghi nhận và tạo ảnh 3 chiều trên bề mặt
mẫu.
•
Khuyết điểm: lực hút quá yếu và đầu dò phải đặt sát bề mặt mẫu dễ
bò kéo xuống bề mặt mẫu do lực căng bề mặt của những lớp khí hấp
phụ trên mặt mẫu. Hình ảnh có độ phân giải kém và dễ bò sai lệch
CHẾ ĐỘ TAPPING
TAPPING MODE
•
Chế độ này tránh được kéo le đầu dò trên bế mặt mẫu làm
hỏng mẫu cũng như tránh được lực bám dính giữa mẫu và đầu
dò, tránh được nhiễu hình ảnh do những lớp chất lỏng bám
trên bề mặt mẫu
•
Trong chế độ này đầu dò gõ lên bề mặt mẫu với năng lượng
đủ lớn được tiến hành bằng cách cho tip tiếp xúc bề mặt mẫu
sau đó tiếp được nâng lên để tránh cào xước bề mặt mẫu