Rasterkraftmikroskop

Das Rasterkraftmikroskop beruht auf der lokalen Messung von Kräfte, die im Bereich von Nanonewton und darunter liegen. Diese Kräfte sind vergleichbar mit denen, die zwischen Atomen wirken, die in einem Festkörper angeordnet sind. Hieraus ergibt sich auch der Name Atomic Force Microscopy (AFM), der synonym mit "SFM" verwendet wird. Die Kräfte werden über die Verbiegung einer miniaturisierten Blattfeder (Cantilever), an deren Unterseite sich die Sonde bzw. Messspitze befindet, gemessen. Dazu wird häufig das Lichtzeigerprinzip angewendet. Dabei wird ein Laser von der Oberseite des Cantilevers reflektiert und auf einen positionsempfindlichen Detektor gelenkt. Je länger der Lichtweg ist, desto empfindlicher ist die Messung. So lassen sich Verbiegungen im Subnanometerbereich erfassen. Die Verbiegung des Cantilevers kann direkt als Topographie dargestellt werden, indem die Sonde Zeilenweise über die Oberfläche gerastert wird und die Größe der Verbiegung über ein Farbschema als Bild dargestellt wird (constant height mode). Hell wird beispielsweise als "hoch" und dunkel als "tief" codiert. Die Kraftkonstante des Cantilevers muss klein genug sein, um die Oberfläche nicht zu beschädigen (typ. Millinewton pro Meter). Für raue Oberflächen kann die Auslenkung des Cantilevers als Regelsignal benutzt werden, wobei eine konstante Verbiegung durch eine Höhenregelung beibehalten wird. Die Stärke der Nachregelung wird dann zur Bildgewinnung genutzt (constant force mode). Dynamische Betriebsmodi beruhen auf einem vertikal oszillierenden Cantilever. Dieser wird so nah an die Oberfläche herangeführt, dass eine Dämpfung der Oszillation erfolgt. Die Größe der Dämpfung wird dann als Topographiesignal oder als Regelsignal verwendet. Dynamische Betriebsmodi gestatten die lokale Erfassung verschiedener physikalischer Eigenschaften (elastische, magnetische, elektrische) und erlauben die zerstörungsfreie Untersuchung weicher Systeme, wie z.B. DNA.