Атомная силовая микроскопия

У СТМ есть недостаток: с его помощью можно изучать только материалы, хорошо проводящие электрический ток. Такое ограничение вытекает из самого принципа работы СТМ – для эффективного туннелирования (просачивания) электронов через зазор между поверхностью исследуемого образца и чувствительным элементом прибора (иглой) на поверхности должно быть много электронных состояний. Поэтому когда исследователи принялись изучать с помощью СТМ непроводящие вещества, они были вынуждены покрывать такие вещества металлической пленкой либо «пришивать» их к поверхности проводника, например золото.

В атомно-силовом микроскопе (АСМ), созданном в 1986 г., измеряется сила, действующая на зонд со стороны исследуемого образца, и анализируется профиль его поверхности. Это позволяет использовать АСМ для изучения поверхностей любых материалов. Обычно процесс сканирования происходит в режиме постоянной силы, действующей между зондом и образцом. Для поддержания постоянной величины силы трёхмерной пьезосканер сдвигает образец по вертикали в зависимости от сигнала датчика смещений, поступающего по цепи обратной связи, так чтобы сила оставалась постоянной. Результатом сканирования после компьютерной обработки сигналов является поверхность постоянной силы, которая даёт наглядное представление о топографии исследуемой поверхности (морфологии).

С помощью АСМ могут быть измерены силы и получено горизонтальное разрешение . Предельное пространственное разрешение зависит от состояния поверхности, геометрии зонда, стабильности электрического питания, используемого вакуума (остальное давление до ). Современные технологии позволяют изготавливать иглы с радиусом кривизны и даже содержащие на конце всего несколько атомов.

В настоящее время АСМ активно используется в молекулярной биологии, анализе полупроводниковых устройств с размерами , исследование полированных оптических стёкол, шероховатость которых . Кроме того, АСМ может работать в режиме модификации поверхности и для изготовления наноструктур. Достигнуто манипулирование отдельными атомами и молекулами по поверхности монокристалла – их передвижение по поверхности, удаление, осаждение, что открывает возможность литографии на атомном уровне.