原子間力顕微鏡とは？
げんしかんりょくけんびきょう
原子間力顕微鏡とは、探針と試料の表面原子間に働く力を検出することで、ナノメートル以下の分解能で表面形状を観察できる装置のことです。
原子間力顕微鏡（AFM: Atomic Force Microscope）は、走査型プローブ顕微鏡（SPM）の一種で、先端が原子スケールにまで尖ったカンチレバー（片持ち梁状の探針）を試料表面に近づけ、探針と試料表面の原子間に働くファンデルワールス力などの微小な力を検出することで表面形状を三次元的に計測する装置です。
動作の基本原理は次のとおりです。カンチレバーを試料に対して走査させながら、カンチレバーのたわみをレーザー光の反射角変化（光てこ法）などで高感度に検出します。その変位が一定になるよう圧電素子でカンチレバーと試料間の距離を制御し、その制御量から表面形状を再構築します。
AFMの代表的な測定モードには以下のものがあります。
- コンタクトモード：探針を試料に接触させて走査する最も基本的なモード
- タッピングモード：カンチレバーを共振周波数で振動させ、間欠的に接触させることで試料のダメージを低減
- 非接触モード：探針を試料に触れさせず引力領域で動作し、最も繊細な試料に向く
AFMの最大の特長は、電子顕微鏡が必要とする真空環境や導電性試料に依存せず、大気中・液中でも生体試料や絶縁体を観察できる点です。半導体の品質検査、タンパク質の構造解析、薄膜の膜厚測定など幅広い分野で活用されています。
使い方・例文
AFMはDNA分子や細胞膜表面の凹凸をナノメートルスケールで観察するために使われており、液中で生きた細胞の動態を追跡する研究にも利用されています。
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