4.2.4 Преимущества и недостатки атомно-силового микроскопа

Преимущества. В сравнении с растровым электронным микроскопом атомно-силовой микроскоп обладает рядом преимуществ. Он позволяет получить истинно трёхмерный рельеф поверхности. Кроме того, изучаемая поверхность не требует нанесения проводящего металлического покрытия, которое часто приводит к заметной деформации поверхности. Для нормальной работы растрового электронного микроскопа требуется вакуум, в то время как большинство режимов атомно-силовой микроскопии могут быть реализованы на воздухе или даже в жидкости. Данное обстоятельство открывает возможность изучения биомакромолекул и живых клеток. Прибор может работать в вакууме и жидкости. Значительно хуже - при обычных атмосферных условиях, когда поверхностные плёнки влаги приводят к слипанию кончика упругого элемента с поверхностью образца, к росту действующих между ними сил F на несколько порядков и к значительному гистерезису зависимости F(z).

Недостатки. К недостаткам АСМ следует отнести небольшой размер поля сканирования. Максимальный перепад высот составляет несколько микрон, а максимальное поле сканирования составляет порядка 150×150 микрон. При высоком разрешении качество изображения определяется радиусом кривизны кончика зонда. АСМ не в состоянии сканировать поверхность также быстро, как растровый электронный микроскоп. Для получения изображения, требуется от нескольких минут до нескольких часов, в то время как растровый электронный микроскоп после откачки способен работать практически в реальном масштабе времени. Получаемые изображения могут быть искажены из-за таких свойств пьезокерамики, как нелинейность, крип и гистерезис и перекрёстными паразитными связями между X, Y, Z-элементами сканера. Для исправления искажений в реальном масштабе времени современные атомно-силовые микроскопы используют программное обеспечение либо сканеры, снабжённые замкнутыми следящими системами, в состав которых входят линейные датчики положения. Некоторые микроскопы вместо сканера в виде пьезотрубки используют XY и Z-элементы, механически несвязанные друг с другом, что позволяет исключить часть паразитных связей.

4.2.4 Области применения асм

АСМ применяются в биофизике, материаловедении, биохимии, фармацевтике, нанотехнологиях, физике и химии поверхности, электрохимии, электронике (например, МЭМС), фотохимии. Атомный силовой микроскоп может использоваться для определения микрорельефа поверхности любых веществ, как проводящих, так и непроводящих, определения типа атома в кристаллической решётке. С его помощью можно наблюдать несовершенства структуры, локализованные на изучаемых поверхностях, например, дислокации или заряженные дефекты, а также примеси. Кроме того, АСМ позволяет выявить границы различных блоков в кристалле, в частности доменов. Возможно обнаружение единичных атомов или молекул на поверхности твердого тела при использовании специальных молекул-сенсоров.

В последнее время с помощью атомного силового микроскопа физики стали интенсивно изучать биологические объекты, бактерии, вирусы, клетки, молекулы ДНК и другие макромолекулы, главным образом для целей нарождающегося и, чрезвычайно перспективного направления – биомолекулярной технологии. АСМ позволяет решать не только прикладные задачи, но и глобальные проблемы фундаментальной физики. В частности, определив с его помощью поведение межатомных сил и константы взаимодействий между атомами поверхности и острия, можно сделать довольно точные заключения о существовании или отсутствии новых фундаментальных взаимодействий и