Laserski mikroskop za atomsko silo
Osnovno načelo mikroskopije z atomsko silo je fiksiranje enega konca mikrokonzole, ki je izjemno občutljiv na šibke sile, drugi konec pa ima majhno konico igle. Konica igle se rahlo dotika površine vzorca. Zaradi izredno šibke odbojne sile med atomi na konici igle in atomi na površini vzorca bo mikrokonzola s konico igle nihala in se premikala v smeri, ki je pravokotna na površino vzorca z nadzorovanjem konstante silo med skeniranjem. Z uporabo optičnega zaznavanja ali metod zaznavanja tunelskega toka je mogoče izmeriti spremembe položaja mikrokonzole, ki ustreza točkam skeniranja, in tako pridobiti informacije o morfologiji površine vzorca. Nato bomo kot primer vzeli mikroskop z atomsko silo (laser AFM), običajno uporabljeno družino mikroskopov z vrstično sondo, da bomo podrobno razložili njegov princip delovanja.
Laserski žarek, ki ga oddaja laserska dioda, se prek optičnega sistema usmeri na zadnjo stran konzole in se odbije od zadnje strani konzole do točkovnega detektorja položaja, sestavljenega iz fotodiod. Med skeniranjem vzorca se bo mikrokonzola zaradi interakcijske sile med atomi na površini vzorca in atomi na konici mikrokonzolne sonde upognila in nihala z morfologijo površine vzorca, premaknil pa se bo tudi odbiti žarek temu primerno. Zato je mogoče z zaznavanjem sprememb položaja svetlobne točke skozi fotodiodo pridobiti informacije o morfologiji površine testiranega vzorca.
Skozi celoten proces sistemske detekcije in slikanja se razdalja med sondo in testiranim vzorcem vedno vzdržuje na ravni nanometra (10-9 metrov). Če je razdalja prevelika, informacij o površini vzorca ni mogoče dobiti. Če je razdalja premajhna, bo poškodovala sondo in testirani vzorec. Funkcija povratne zanke je pridobiti moč interakcije vzorca sonde med delovnim procesom, spremeniti napetost, uporabljeno v navpični smeri skenerja vzorca, tako da se vzorec razširi in skrči, prilagodi razdaljo med sondo in testiranim vzorcem ter posledično nadzira moč interakcije sonde in vzorca, s čimer doseže povratno kontrolo. Zato je nadzor s povratnimi informacijami glavni delovni mehanizem tega sistema.
Ta sistem uporablja digitalno povratno krmilno zanko. Uporabniki lahko nadzirajo značilnosti povratne zanke z nastavitvijo več parametrov, kot so referenčni tok, integralno ojačenje in proporcionalno ojačenje v orodni vrstici parametrov krmilne programske opreme.
Mikroskopija na atomsko silo je analitični instrument, ki se uporablja za preučevanje površinske strukture trdnih materialov, vključno z izolatorji. Uporablja se predvsem za merjenje površinske morfologije, površinskega potenciala, sile trenja, viskoelastičnosti in I/V krivulje materialov, je zmogljiv nov instrument za karakterizacijo površinskih lastnosti materialov. Poleg tega ima ta instrument tudi funkcije, kot so nano manipulacija in elektrokemične meritve.
