Rasterkraftmikroskopie (AFM) mit dem Bruker Dimension Icon PT
Im Fach Coatings, Materials & Polymers des Department Chemie der Universität Paderborn kommt ein Dimension Icon PT der Firma Bruker (vormals Veeco) zum Einsatz.
Rasterkraftmikroskope (RKM) werden im Deutschen auch atomare Kraftmikroskope oder Atommikroskope genannt. Im englischen Sprachraum sind die Bezeichnungen atomic force microscope (AFM) und scanning force microscope (SFM) üblich. Sie dienen zur Beobachtung von Oberflächen im Mikro- bzw. Nanomaßstab. Mittels einer hoch-feinen Nadel (Tip) wird die Oberfläche der zu untersuchenden Probe zeilenweise tastend abgerastert. Punkt für Punkt, Zeile für Zeile entsteht so ein Bild von der Topografie der Oberfläche. Immer neuere Messverfahren ermöglichen zusätzlich zum Topografiebild immer weitere Materialeigenschaften (Magnetismus, Magnetisierbarkeit, Reibung, Elastizität, Härte,…) bzw. mittlerweile sogar deren chemische Zusammensetzung ortsgebunden aufzulösen. Je nach Gerät und Messbedingungen lassen sich Auflösungen bis zu atomaren Maßstäben realisieren.
Messprinzip und Aufbau
Eine sehr fein zulaufende Messspitze (engl.: Tip) ist an einer Blattfeder (Biegebalken, engl.: Cantilever) befestigt. Typische Durchmesser der Messspitze sind 30 nm bis unter 1 nm (atomarer Maßstab). Wechselwirkungen mit der Probenoberfläche führen zu einer Krafteinwirkung, welche die Blattfeder nach dem Hookeschen Gesetz verbiegen können:
Kraft = - Kraftkonstante ⋅ Auslenkung
Die Auslenkung der Feder wird indirekt mittels eines Lasers vermessen, dessen reflektiertes Licht in einen Vier-Quadranten-Fotodetektor fällt. Zusätzlich zu der Auslenkung des Cantilevers kann dieser auch mittels eines Piezo-Elements in z-Richtung bewegt werden. Die Bewegungen in x- und y-Richtung werden je nach Gerät über ein Verfahren der Messsonde oder der Probenauflage (engl.: Stage) realisiert