原子間力顕微鏡
原子間力顕微鏡（AFM）は顕微鏡の一種です。AFMは、表面または表面の原子の写真を提供します。走査型電子顕微鏡（SEM）と同様に、AFMの目的は原子レベルの物体を見ることです。実際には、AFMは個々の原子を見るために使用されることもあります。ナノテクノロジーでは一般的に使用されています。
AFMはSEMではできないことができます。AFMはSEMよりも高い分解能を提供することができます。さらに、AFMは真空中で動作する必要がありません。実際、AFMは周囲の空気や水の中で動作するため、生細胞のような生物試料の表面を見るために使用することができます。
AFMは、カンチレバービームに取り付けられた極細の針を採用しています。針の先端は、画像化された材料の畝や谷の上を走り、表面を「感じ取る」ことができます。針の先端が表面のために上下に動くと、カンチレバーがたわみます。基本的な構成としては、レーザーをカンチレバーに斜めに照射し、レーザービームの入射角度を変えるだけでカンチレバーのたわみを直接測定することができます。このようにして、機械によって画像化される分子の構成を明らかにする画像を作成することができます。
AFMには多くの異なる動作モードがあります。1つは「接触モード」で、チップを表面上で移動させてカンチレバーのたわみを測定します。もう一つのモードは「タッピングモード」と呼ばれるもので、先端部が表面に沿って移動する際に叩かれるためです。このモードでは、針が表面を横切るときに表面にぶつからないように、先端がどのくらい強く叩かれるかを制御することで、AFMは針が隆起を感じたときに表面から離れて移動することができます。このモードは、柔らかい表面を傷つける可能性が低いため、生物学的サンプルにも有用です。これらが最も一般的に使用されている基本的なモードです。ただし、「間欠接触モード」、「非接触モード」、「動的モード」、「静的モード」などの名称や方法がありますが、これらは上述したタッピングモードや接触モードのバリエーションであることが多いです。
質問と回答
Q:原子間力顕微鏡（AFM）とは何ですか?
A: 原子間力顕微鏡(AFM)は、表面上の原子の写真を得ることができる顕微鏡の一種です。原子一個一個を見ることができ、ナノテクノロジー分野でよく利用されています。
Q: AFMはどのように機能するのですか?
A: AFMは、カンチレバービームに取り付けられた極細の針によって作動します。針の先端は、画像化される材料の隆起や谷の上を走り、表面を「感じる」ことができます。このとき、カンチレバーがたわみ、針先が上下する。基本的な構成としては、カンチレバーにレーザーを斜めに照射し、レーザー光の入射角を変えることでカンチレバーのたわみを直接測定することが可能である。これにより、機械で撮像している分子の像が見える構成になっています。
Q: AFMは走査型電子顕微鏡（SEM）と比べて、どのような利点がありますか?
A: AFMはSEMよりも高い分解能を持ち、SEMのように真空中で動作させる必要がなく、大気中や水中で動作させることができるため、生きた細胞のような生体試料にダメージを与えることなく使用することができます。
Q: AFMの動作モードにはどのようなものがありますか?
A: AFMの動作モードには、探針を表面上で移動させてカンチレバーのたわみを測定するコンタクトモード、探針を表面上で叩いて移動させるタッピングモード、間欠接触モード、非接触モード、ダイナミックモード、スタティックモードなどがあり、これらは上記のタッピングモードとコンタクトモードのバリエーションであることが多いです。
Q:タッピングモードとコンタクトモードの違いは?
A: タッピングモードとコンタクトモードの違いは、タッピングモードを使用した場合、針が表面を横切るのではなく、移動しながら表面を叩くため、針が表面を横切るときに表面に当たらないように、針が隆起を感じたときに表面から遠ざかり、生体サンプルなどの柔らかい表面にダメージを与えにくくなることです。
