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Mikroskopische Methoden

Rastersondenmikroskopie

Die Gestalt von Dingen kann nicht nur durch das Sehen, sondern auch durch den Tastsinn erfahren werden. Dies ist der Ansatz, der einer Gruppe von mikroskopischen Techniken gemeinsam ist, die als Rastersondenmikroskopie (scanning probe microscopy, SPM) bezeichnet werden. Die Oberfläche einer Probe wird mit einer sehr hohen Auflösung abgebildet, die in einigen Anwendungen sogar Einzelatome auflösen kann. Hierfür wird eine sehr feine Abtastspitze in geringem Abstand kreuz und quer über eine zu untersuchende Oberfläche bewegt, wobei nach und nach die ganze Fläche bearbeitet (gerastert) wird (Abbildung 1). Die Messungen der Wechselwirkungen zwischen der Spitze und der Oberfläche werden mit Messungen der relativen Position der Sonde kombiniert und daraus ein Abbild der Stärke der Wechselwirkungen als Funktion der relativen Position der Sonde berechnet, welche die Oberflächentopographie und deren Chemie wiedergibt.

Die bekanntesten Techniken der SPM sind die Raster-Tunnelmikroskopie (scanning tunneling microscopy, STM) und die Raster-Kraftmikroskopie (atomic force microscopy, AFM). Seit der Verleihung des Nobelpreises für Physik im Jahre 1986 an Ernst Ruska, Gerd Binnig und Heinrich Rohrer für die Pionierarbeit der Entwicklung der STM genießt die Rastersondenmikroskopie ein großes Interesse und wurde vielfältig weiterentwickelt.

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Abb.1
Prinzip der Raster-Kraftmikroskopie

Abbildung 1: Prinzip der Raster-Kraftmikroskopie (atomic force microscopy, AFM): Die vertikale Auslenkung der Abtastspitze (engl. cantilever) wird durch die Reflexion eines Laserstrahls auf eine zweiteilige Photodiode registriert. Das Signal der Photodiode wird mit der Piezo-Verstelleinheit rückgekoppelt und steuert deren Bewegung. Dadurch wird die Kraft, die die Abtastspitze auf die Probe ausübt, innerhalb von wenigen Zehnteln eines Piconewtons konstant gehalten.

Klicken Sie auf die Abtastspitze und dannach den Start-Button!

Neuere Verfahren sind die magnetische Kraftmikroskopie (magnetic force microscopy, MFM), chemische Kraftmikroskopie (chemical force microscopy, CFM), laterale Kraftmikroskopie (lateral force microscopy, LFM), die Variationen der AFM darstellen, sowie die derzeit hochaktuelle Nahfeld-optische Mikroskopie (near field scanning optical microscopy, NSOM - oder scanning near-field optical microscope, SNOM).

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