🔬

مجهر القوة الذرية

امسح الأسطح ذرة بذرة — مسبار ذراع ناتئ مع تغذية راجعة بالليزر

🔬 جرب الآن

ما هو مجهر القوة الذرية؟

يستخدم AFM طرف مسبار بمقياس النانو على ذراع ناتئ مرن لمسح الأسطح بدقة أقل من النانومتر. ينعكس شعاع ليزر عن الذراع الناتئ على كاشف ضوئي، يقيس الانحرافات الدقيقة أثناء تتبع الطرف لتضاريس السطح — لبناء خرائط ارتفاع ثلاثية الأبعاد ذرة بذرة.

لماذا هذا مهم؟ يمكن لـ AFM تصوير أي سطح — معادن، بوليمرات، خلايا بيولوجية، حتى خيوط DNA فردية — في الهواء أو السائل، دون إتلاف العينة. ثلاثة أوضاع مسح (تلامس، نقر، عدم تلامس) تتيح لك الاختيار بين الدقة واللطف والسرعة.

📖 تعمق أكثر

تشبيه 1

تخيل أنك تقرأ طريقة برايل بأطراف أصابعك، حيث تقوم بسحب إصبعك عبر النتوءات وتكوين صورة ذهنية للنص. يفعل جهاز AFM نفس الشيء على المقياس الذري: طرف حاد صغير على ذراع مرنة (كابولي) يتتبع عبر السطح، وكل نتوء أو انخفاض ينحرف عن الذراع. يقيس شعاع الليزر المرتد من الذراع هذه الانحرافات بدقة أقل من أنجستروم، مما يؤدي إلى إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد لارتفاع السطح - ذرة بعد ذرة.

تشبيه 2

فكر في مشغل أسطوانات الفينيل. تسير الإبرة على طول الأخاديد، وتحول ميزات السطح الصغيرة إلى إشارات كهربائية. يعمل AFM بنفس الطريقة، باستثناء أن "الإبرة" عبارة عن رأس من السيليكون يبلغ عرضه 10 نانومتر فقط، و"الأخاديد" عبارة عن ذرات فردية، وبدلاً من الموسيقى، يكون الإخراج عبارة عن صورة طبوغرافية تظهر كل تلة ووادي على السطح بدقة أفضل 1000 مرة من أي مجهر ضوئي.

🎯 نصائح المحاكي

مبتدئ

اضغط على "ابدأ" لبدء المسح - شاهد الخطوط النقطية الكابولية عبر السطح سطرًا تلو الآخر

متوسط

اضبط قوة نقطة الضبط للتحكم في مدى قوة ضغط الطرف - فالقوة المفرطة تؤدي إلى إتلاف العينات الناعمة

خبير

قم بضبط كسب الملاحظات لتحسين حلقة التغذية الراجعة - فالمستوى المنخفض جدًا يؤدي إلى فقدان الطرف للتتبع، والارتفاع جدًا يسبب التذبذب

📚 المصطلحات

Cantilever
شعاع مجهري ذو طرف حاد (نصف قطره حوالي 10 نانومتر) يقوم بالمسح عبر سطح العينة، وينحني استجابةً للقوى.
Contact Mode
وضع AFM حيث يحافظ الطرف على الاتصال بالسطح، ويرسم خرائط التضاريس من خلال انحراف الكابولي.
Tapping Mode
يتأرجح الطرف بالقرب من تردد الرنين، وينقر على السطح بشكل متقطع - مما يقلل من تلف العينة.
Non-Contact Mode
يتأرجح الطرف فوق السطح دون لمسه، ويكشف عن قوى فان دير فالس للعينات الدقيقة.
Force Curve
مخطط انحراف الكابولي مقابل المسافة، مما يكشف عن الالتصاق والمرونة وقوى التفاعل الجزيئي.
Piezoelectric Scanner
مشغل سيراميكي يوفر تحديد موضع العينة أو الطرف بدقة أنجستروم في المحاور x وy وz.
Lateral Resolution
الحد الأدنى لحجم الميزة المميزة، عادةً 1-10 نانومتر لـ AFM، ويتم تحديده بواسطة نصف قطر الطرف والتغذية المرتدة.
van der Waals Force
ضعف الجذب بين الجزيئات بين ذرات الطرف والذرات السطحية، وهو السائد في تصوير AFM غير المتصل.
Kelvin Probe
تقنية AFM تقيس إمكانات السطح المحلي (وظيفة العمل) بدقة النانو.
AFM Lithography
استخدام طرف AFM لخدش المواد أو أكسدةها أو ترسيبها ميكانيكيًا على الأسطح من أجل التصنيع النانوي.
PeakForce QNM
يقوم وضع Bruker's AFM برسم خرائط التضاريس والمعامل والالتصاق والتشوه في نفس الوقت.
Feedback Loop
نظام تحكم يضبط موضع z للحفاظ على قوة أو سعة ثابتة - وهو ضروري لرسم خرائط طبوغرافية دقيقة.
Set Point
القوة المستهدفة أو السعة التي تحاول حلقة التغذية المرتدة الحفاظ عليها أثناء المسح.
RMS Roughness
متوسط ​​الجذر التربيعي لانحرافات الارتفاع عن المستوى المتوسط ​​— المقياس القياسي لخشونة السطح.

🏆 شخصيات رئيسية

Gerd Binnig (1986)

شارك في اختراع AFM في IBM Zurich، مما أدى إلى توسيع نطاق STM ليشمل الأسطح غير الموصلة؛ جائزة نوبل للعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (1986)

Calvin Quate (1986)

أستاذ جامعة ستانفورد الذي شارك في اختراع AFM وطور تطبيقاته في قياس أشباه الموصلات

Christoph Gerber (1986)

شارك في اختراع AFM في IBM وكان رائدًا في AFM الحيوي لدراسة العمليات الجزيئية

Franz Giessibl (2003)

تم تحقيق دقة ذرية حقيقية باستخدام AFM غير متصل باستخدام مستشعر qPlus في جامعة ريغنسبورغ

Leo Gross (2009)

باحث في شركة IBM قام بتصوير الروابط الجزيئية الفردية باستخدام AFM مع نصائح وظيفية لثاني أكسيد الكربون

🎓 مصادر التعلم

💬 رسالة للمتعلمين

استكشف العالم الرائع لمجهر القوة الذرية. كل اكتشاف يبدأ بالفضول!

ابدأ الآن

مجاني، بدون تسجيل

ابدأ الآن →