Microscopia a forza atomica

La microscopia a forza atomica (AFM) è un tipo di microscopia a scansione di sonda in grado di analizzare i dettagli topografici di vari campioni come ceramica, vetro, polimeri e campioni biologici. L'AFM offre una risoluzione oltre 1000 volte maggiore rispetto al sistema di imaging ottico. Le immagini generate dall'AFM sono profili di superficie tridimensionali, che offrono un vantaggio rispetto alle immagini piatte e bidimensionali di altre tecniche di imaging.

La sonda AFM

La sonda è considerata il cuore di qualsiasi configurazione AFM e comprende il gruppo cantilever e punta. Le sonde sono la parte sostituita più comunemente su questo tipo di microscopio perché la costante interazione con i campioni consuma la punta. Pertanto, la scelta del materiale per la sonda dipende dalle proprietà del campione. Le sonde al silicio, utilizzate per analizzare campioni duri, sono più rigide e più affilate delle sonde al nitruro di silicio, che sono più adatte alla scansione di campioni più morbidi. Queste punte affilate sono prodotte utilizzando incisione elettrochimica o nanotubi di carbonio per un'analisi più accurata.

Modalità di imaging dell'AFM

Nell'AFM, la topografia superficiale viene studiata utilizzando l'interazione tra la punta della sonda e la superficie del campione. Esistono due modalità di imaging principali: una modalità statica, denominata anche modalità di contatto, e una modalità dinamica.

Nella modalità statica o a contatto, la punta della sonda è in continuo contatto con la superficie del campione. Quando la punta si trascina sulla superficie, le forze repulsive tra il campione e la punta determinano la flessione del cantilever, che viene registrata. L'intera superficie del campione viene scansionata avanti e indietro su entrambi gli assi x e y, la cosiddetta scansione raster, mentre il movimento verticale del cantilever registra l'asse z, generando così un'immagine 3D.

Nella modalità dinamica, la sonda oscilla appena sopra la superficie del campione, avvicinandosi ma senza toccarla. Le forze attrattive e repulsive determinano la variazione della distanza tra la punta e il campione, influenzando l'ampiezza dell'oscillazione del cantilever. Questo feedback viene registrato per costruire la topografia superficiale del campione.