Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên tử
Sự biến đổi của lực tương tác giữa mũi dò và bề mặt mẫu theo khoảng cách.
Ảnh chụp [[hính hiển vi điện tử quét|hiển vi điện tử quét đầu dò của AFM sau khi sử dụng.]]
Kính hiển vi lực nguyên tử hay kính hiển vi nguyên tử lực (tiếng Anh: Atomic force microscope, viết tắt là AFM) là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt của vật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử giữa một đầu mũi dò nhọn với bề mặt của mẫu, có thể quan sát ở độ phân giải nanômét, được sáng chế bởi Gerd Binnig, Calvin Quate và Christoph Gerber vào năm 1986. AFM thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động trên nguyên tắc quét đầu dò trên bề mặt.
Nguyên lý của AFM
Bộ phận chính của AFM là một mũi nhọn được gắn trên một thanh rung (cantilever). Mũi nhọn thường được làm bằng Si hoặc SiN và kích thước của đầu mũi nhọn là một nguyên tử. Khi mũi nhọn quét gần bề mặt mẫu vật, sẽ xuất hiện lực Van der Waals giữa các nguyên tử tại bề mặt mẫu và nguyên tử tại đầu mũi nhọn (lực nguyên tử) làm rung thanh cantilever. Lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa đầu mũi dò và bề mặt của mẫu. Dao động của thanh rung do lực tương tác được ghi lại nhờ một tia laser chiếu qua bề mặt của thanh rung, dao động của thanh rung làm thay đổi góc lệch của tia lase và được detector ghi lại. Việc ghi lại lực tương tác trong quá trình thanh rung quét trên bề mặt sẽ cho hình ảnh cấu trúc bề mặt của mẫu vật.
Trên thực tế, tùy vào chế độ và loại đầu dò mà có thể tạo ra các lực khác nhau và hình ảnh cấu trúc khác nhau. Ví dụ như lực Van der Waals cho hình ảnh hình thái học bề mặt, lực điện từ có thể cho cấu trúc điện từ (kính hiển vi lực từ), hay lực Casmir, lực liên kết hóa học, và dẫn đến việc có thể ghi lại nhiều thông tin khác nhau trên bề mặt mẫu.
Các chế độ ghi ảnh
AFM có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau, nhưng có thể chia thành các nhóm chế độ : Chế độ tĩnh (Contact mode), chế độ động (Non-contact mode) hoặc chế độ đánh dấu (Tapping mode)
Chế độ tiếp xúc (chế độ tĩnh)
Chế độ contact là chế độ mà khoảng cách giữa đầu mũi dò và bề mặt mẫu được giữ không đổi trong quá trình quét, và tín hiệu phản hồi từ tia laser sẽ là tín hiệu tĩnh. Ở khoảng cách này, lực hút sẽ trở nên mạnh và cantilever bị kéo lại rất gần bề mặt (gần như tiếp xúc). Tuy nhiên, bộ điều khiển phản hồi sẽ điều chỉnh để khoảng cách giữa mũi và bề mặt là không đổi trong suốt quá trình quét.
Chế độ không tiếp xúc (chế độ động)
Chế độ động (hay chế độ không tiếp xúc) là chế độ mà cantilever bị kích thích bởi ngoại lực, dao động với tần số gần với tần số dao động riêng của nó. Tần số, biên độ và pha của dao động sẽ bị ảnh hưởng bởi tương tác giữa mẫu và mũi dò, do đó sẽ có thêm nhiều thông tin về mẫu được biến điệu trong tín hiệu. Chế độ không tiếp xúc là kỹ thuật tạo ảnh độ phân giải cao đầu tiên được thực hiện trên AFM trong môi trường chân không cao.
Tapping mode
Ảnh chụp AFM bề mặt một tấm [[thủy tinh.]]
Tapping mode thực chất là một cải tiến của chế độ động không tiếp xúc. Trong chế độ này, cantilever được rung trực tiếp bằng bộ dao động áp điện gắn trên cantilever với biên độ lớn tới 100-200 nm, và tần số rất gần với tần số dao động riêng.
Phân tích phổ AFM
Vì AFM hoạt động dựa trên việc đo lực tác dụng nên nó có một chế độ phân tích phổ, gọi là phổ lực AFM (force spectrocopy), là phổ phân bố lực theo khoảng cách : lực Van der Waals, lực Casmir, lực liên kết nguyên tử... với thời gian hồi đáp nhanh cỡ ps (10−12 giây), độ chính xác tới pN (10−12 Newton) và độ phân giải về khoảng cách có thể tới 0,1 nm. Các phổ này có thể cung cấp nhiều thông tin về cấu trúc nguyên tử của bề mặt cũng như các liên kết hóa học .
Lịch sử, ưu điểm và nhược điểm của AFM
AFM lần đầu tiên được phát triển vào năm 1985 để khắc phục nhược điểm của STM chỉ có thể thực hiện được trên mẫu dẫn điện, bởi G. Binnig, C. F. Quate và Ch. Gerber , và đến năm 1987, T. Albrecht đã lần đầu tiên phát triển AFM đạt độ phân giải cấp độ nguyên tử , cũng trong năm đó MFM được phát triển từ AFM. Năm 1988, AFM chính thức được thương mại hóa bởi Park Scientific (Stanford, Mỹ).
Ưu điểm của AFM
Ảnh chụp chiếc AFM đầu tiên lưu giữ tại bảo tàng khoa học [[Luân Đôn.]]
- AFM khắc phục nhược điểm của STM, có thể chụp ảnh bề mặt của tất cả các loại mẫu kể cả mẫu không dẫn điện.
- AFM không đòi hỏi môi trường chân không cao, có thể hoạt động ngay trong môi trường bình thường.
- AFM cũng có thể tiến hành các thao tác di chuyển và xây dựng ở cấp độ từng nguyên tử, một tính năng mạnh cho công nghệ nano. Đồng thời AFM cũng hoạt động mà không đòi hỏi sự phá hủy hay có dòng điện nên còn rất hữu ích cho các tiêu bản sinh học ,.
Nhược điểm của AFM
- AFM quét ảnh trên một diện tích hẹp (tối đa đến 150 micromet).
- Tốc độ ghi ảnh chậm do hoạt động ở chế độ quét.
- Chất lượng ảnh bị ảnh hưởng bởi quá trình trễ của bộ quét áp điện.
- Đầu dò rung trên bề mặt nên kém an toàn, đồng thời đòi hỏi mẫu có bề mặt sạch và sự chống rung.
👁️
0 | 🔗 | 💖 | ✨ | 🌍 | ⌚
Sơ đồ giải thích cơ chế làm việc của kính hiển vi lực nguyên tử Sự biến đổi của lực tương tác giữa mũi dò và bề mặt mẫu theo khoảng cách. Ảnh chụp [[hính
Ảnh chụp [[kính hiển vi điện tử|hiển vi điện tử mũi dò của MFM]]**Kính hiển vi lực từ** (tiếng Anh: **_Magnetic Force Microscope_**, thường viết tắt là **_MFM_**) là một loại kính hiển vi thuộc
**Kính hiển vi quét đầu dò** (tiếng Anh: **_Scanning probe microscopy_**, thường viết tắt là **_SPM_**) là tên gọi chung của nhóm kính hiển vi mà việc tạo ảnh bề mặt của mẫu vật được
**Kính hiển vi điện tử truyền qua** (tiếng Anh: _transmission electron microscopy_, viết tắt: TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao
nhỏ|Hình minh họa [[quang học trường gần, với sự nhiễu xạ của ánh phát phát ra từ sợi dò của **kính hiển vi quang học quét trường gần**, cho thấy bước sóng ánh sáng và
**Kính hiển vi Lorentz**, hay đầy đủ là **Kính hiển vi điện tử truyền qua Lorentz**, là một loại kính hiển vi điện tử truyền qua được sử dụng để phân tích cấu trúc từ
nhỏ|299x299px|Cấu tạo và nguyên lý làm việc của kính hiển vi đồng tiêu **Kính hiển vi đồng tiêu, hay kính hiển vi quét laser đồng tiêu**, là một kỹ thuật hiển vi quang học mà
nhỏ|Hình ảnh minh họa nguyên tử heli. Trong hạt nhân, proton có màu hồng và neutron có màu tía **Hạt nhân nguyên tử** là cấu trúc vật chất đậm đặc chiếm khối lượng chủ yếu
nhỏ|Hình ảnh [[kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) của một phân tử PTCDA, trong đó có thể nhìn thấy năm vòng sáu carbon.]] nhỏ|Một hình ảnh [[Kính hiển vi quét xuyên hầm|kính hiển vi
**Vụ ném bom nguyên tử Hiroshima và Nagasaki** là sự kiện hai quả bom nguyên tử được Quân đội Hoa Kỳ, theo lệnh của Tổng thống Harry S Truman, sử dụng trong Chiến tranh thế
thumb|Hình ảnh phân tử [[napthalenetetracarboxylic diimide qua kính hiển vi lực nguyên tử tương tác với bạc bằng liên kết hydro tại 77 K. ("liên kết hydro" ở hình phía trên được được phóng đại
phải|nhỏ|Hình ảnh một đồng xu được quét bởi thiết bị quét hiển vi âm học ở tần số 50 MHz Một **thiết bị quét hiển vi âm học** (**SAM**) là một thiết bị sử dụng
phải|nhỏ|200x200px|Mô phỏng một nguyên tử hydro cho thấy đường kính bằng xấp xỉ hai lần bán kính [[mô hình Bohr. (Ảnh mang tính minh họa)]] Một **nguyên tử hydro** là một nguyên tử của nguyên
Cấu trúc cắt ngang của một thấu kính từ sử dụng trong [[kính hiển vi điện tử truyền qua.]] **_Thấu kính từ_** (tiếng Anh: _Magnetic lens_) là một loại thấu kính hay một loại thiết
**Cộng đồng Năng lượng nguyên tử châu Âu** ( viết tắt là **EAEC** hoặc **Euratom**) là một tổ chức quốc tế bán độc lập, nhưng hoàn toàn do Cộng đồng châu Âu là Ba trụ
**Virus**, thường được viết là **vi-rút** (bắt nguồn từ tiếng Pháp _virus_ /viʁys/), còn được gọi là **siêu vi**, **siêu vi khuẩn** hay **siêu vi trùng**, là một tác nhân truyền nhiễm chỉ nhân lên
**Nguyễn Tư Giản** (阮思僩, 1823–1890), trước có tên: **Văn Phú**, **Địch Giản**, sau mới đổi lại là **Tư Giản**, tự: **Tuân Thúc**(洵叔), **Hy Bật**, hiệu: **Vân Lộc**(雲麓) và **Thạch Nông**(石農). Ông là một danh sĩ
Ảnh cấu trúc đômen của màng mỏng [[permalloy chụp trên kính hiển vi điện tử truyền qua Philips CM20 ở chế độ Fresnel, cho tương phản về các vách đômen 90o và các gợn sóng.]]
phải|nhỏ| Một chiếc [[đĩa agar nuôi cấy vi sinh vật]] **Vi sinh vật học** (tiếng Anh: _microbiology_, ) là ngành khoa học nghiên cứu về vi sinh vật, chúng có thể là đơn bào, đa
phải|nhỏ|Vi khuẩn _[[Mycobacterium tuberculosis_ được nhuộm bằng phương pháp Ziehl–Neelsen]] nhỏ|Sơ đồ các bước cơ bản của nhuộm Ziehl–Neelsen **Nhuộm Ziehl–Neelsen** là một phương pháp nhuộm vi sinh vật được đề xuất lần đầu tiên
**Nguyễn Từ Chi** (tên đầy đủ là **Nguyễn Đức Từ Chi**, tên thường gọi là **Từ Chi**; 1925 – 1995), là một trong những nhà dân tộc học hàng đầu của Việt Nam thế kỷ
**Tự nhiên** hay **thiên nhiên**, theo nghĩa rộng nhất, là thế giới hay vũ trụ mang tính vật chất. "Tự nhiên" nói đến các hiện tượng xảy ra trong thế giới vật chất, và cũng
**Công nghệ nano** là việc sử dụng vật chất ở quy mô nguyên tử, phân tử và siêu phân tử cho các mục đích công nghiệp. Mô tả phổ biến sớm nhất về công nghệ
phải|nhỏ| Một [[Tập đoàn (sinh học)|tập đoàn sinh học của vi khuẩn _Escherichia coli_ được chụp hình phóng đại 10.000 lần.]] **Vi sinh vật** (, hay _microbe_) là một sinh vật có kích thước siêu
**Tự tin vào năng lực bản thân** là niềm tin của một cá nhân về khả năng bẩm sinh của mình để đạt được mục tiêu. Albert Bandura định nghĩa nó như là một phán
**Danh sách các nhà phát minh** được ghi nhận. ## Danh sách theo bảng chữ cái ### A * Vitaly Abalakov (1906–1986), Nga – các thiết bị cam, móng neo leo băng không răng ren
thumb|Công nghệ nano DNA liên quan tới việc tạo nên những cấu trúc nano từ các [[DCM china my vn, chẳng hạn như khối tứ diện DNA này. Mỗi cạnh của tứ diện là một
thumb|upright=1.3|Các [[hàm sóng của electron trong một nguyên tử hydro tại các mức năng lượng khác nhau. Cơ học lượng tử không dự đoán chính xác vị trí của một hạt trong không gian, nó
nhỏ|329x329px|Khi nhu cầu cao cao hơn nguồn cung giá sẽ tăng Trong kinh tế vi mô, **nguyên lý cung - cầu** hay **quy luật cung cầu** là một mô hình xác định giá cả trên
**Trường phái kinh tế học Áo** là một trường phái tư tưởng nghiên cứu các hiện tượng kinh tế học dựa trên giải thích và phân tích những hành động có mục đích của các
**Hiếu Kính Hiến Hoàng hậu** (chữ Hán: 孝敬憲皇后; ; 28 tháng 6, năm 1681 - 29 tháng 10, năm 1731), là Hoàng hậu duy nhất tại vị của Thanh Thế Tông Ung Chính Hoàng đế.
phải|nhỏ|634x634px| Sơ đồ thể hiện tiến trình của chu kỳ kinh nguyệt và các hormone có tác động đến tiến trình này. **Chu kỳ kinh nguyệt** là sự biến đổi tự nhiên thường xuyên xảy
**Vật lý vật chất ngưng tụ** là một trong các nhánh của vật lý học nghiên cứu các tính chất vật lý trong pha ngưng tụ của vật chất. Các nhà vật lý vật chất
**Nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược** (**EBSD**) là một kỹ thuật sử dụng máy quét điện tử (SEM) để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các vật liệu. EBSD được thực hiện trên
**Vi khuẩn** (tiếng Anh và tiếng La Tinh là _bacterium_, số nhiều _bacteria_) đôi khi còn được gọi là **vi trùng**, là một vực, giới các vi sinh vật nhân sơ đơn bào có kích
**Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam** (tiếng Anh: _Vietnam Atomic Energy Institute_, viết tắt VINATOM, tiền thân là Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt) là tổ chức sự nghiệp khoa học hạng đặc
thế=|nhỏ|350x350px|Nguyên phân ở một [[tế bào động vật (các giai đoạn được sắp xếp ngược chiều kim đồng hồ).]] Trong sinh học tế bào, **nguyên phân** hay **phân bào nguyên nhiễm** là một phần của
**Nguyễn Đức Chung** (sinh ngày 3 tháng 8 năm 1967) là một cựu Thiếu tướng Công an nhân dân Việt Nam và chính trị gia người Việt Nam. Ông là cựu Chủ tịch Ủy ban
nhỏ| Thiết bị OVIRS của đầu dò OSIRIS-REx là máy phổ hồng ngoại **Phổ hồng ngoại** (hay **quang phổ hồng ngoại**, tiếng Anh: _Infrared Spectroscopy_, viết tắt là _phổ_ _IR_) là phép đo sự tương
**Thanh Đức Tông** (chữ Hán: 清德宗; 14 tháng 8 năm 1871 – 14 tháng 11 năm 1908), Tây Tạng tôn vị **Văn Thù Hoàng đế** (文殊皇帝) là vị Hoàng đế thứ 11 của nhà Thanh
Nguyên lý và ba vị trí ghi ảnh của kỹ thuật chụp ảnh Fresnel: (1) vị trí lấy nét (in focus), (2) hội tụ trên khẩu độ (over focus) và (3) hội tụ bên dưới
Trong hóa học, **ái lực electron** là năng lượng được một nguyên tử, trung hòa điện tích và cô lập (ở thể khí), hấp thụ khi có một electron được thêm vào tạo thành khí
**Kinh doanh điện tử**, hay còn gọi là "**eBusiness**" hoặc "**e-business**" (viết tắt từ chữ _Electronic business_), hay _Kinh doanh trên Internet_, có thể được định nghĩa như là một ứng dụng thông tin và
nhỏ|phải|Nụ vị giác **Vị** (hay **vị giác**) là một hình thức cảm nhận hóa học trực tiếp. Vị giác là một trong năm giác quan của con người. Khái niệm vị giác đề cập đến
Trong hóa học, **chất nền** thường là các loại thuộc về hoá học được quan sát trong phản ứng hóa học, phản ứng với thuốc thử để tạo ra sản phẩm. Khái niệm cũng có
**Vanadi(IV) oxide** hoặc _vanadi dioxide_ là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học **VO2**. Nó là một chất rắn màu xanh dương đậm. Vanadi(IV) oxide là chất lưỡng tính, hòa tan trong
**Tảo lục** là một nhóm lớn các loài tảo, mà thực vật có phôi (Embryophyta) (hay thực vật bậc cao) đã phát sinh ra từ đó. Như vậy, chúng tạo nên một nhóm cận ngành,
Sơ đồ hoạt động của [[kính hiển vi chui hầm điện tử, một sáng chế đã mang lại cho các tác giả của nó giải thưởng Nobel vật lý.]] Một ống sóng electron hướng vào
**Báo sư tử** (_Puma concolor_) hay **báo cuga** (tiếng Anh: **Cougar**) là một loài mèo lớn trong Họ Mèo phân bố ở Bắc Mỹ, Trung Mỹ và Nam Mỹ. Phạm vi của nó kéo dài
**Vi khuẩn lam** (danh pháp khoa học: **_Cyanobacteria_**), thường được gọi là **tảo lam** hay **tảo lục lam** , là một ngành vi khuẩn có khả năng quang hợp. Tên gọi "cyanobacteria" có nguồn gốc