原子間力顕微鏡

概要

Oxford Instruments Asylum Research の解説によれば、原子間力顕微鏡（AFM）は走査型プローブ顕微鏡の一種であり、鋭い探針をラスタ走査させて原子スケールからナノスケールで材料を測定し可視化する。同解説はAFMを、指で表面をなぞるように「触って」情報を得る手法にたとえ、極めて鋭い探針で微小な力の変化を感じ取るものだと説明している。測定は1ナノメートル未満から1マイクロメートル程度までの範囲を対象とする。

技術的な要点

同解説によれば、装置はセンシング・検出・位置決めの3つのサブシステムと、それらを協調させる制御エレクトロニクスから成る。センサはカンチレバーと呼ばれる片持ち梁で、自由端の近くに小さく鋭い探針を持つ。探針が試料に十分近づくと表面の力を受けて動き、カンチレバー全体がたわむ。このたわみ（変位）をレーザーと光検出器で光学的に検出し、ピエゾアクチュエータによって探針と試料の相対位置を3次元で変える。最も一般的な測定は、位置決め機構で探針を走査して信号の空間分布、とりわけ高さ（トポグラフィ）の2次元マップを取得する画像化である。得られた定量データからは、表面粗さや欠陥、薄膜の核生成と成長といった情報が得られる。

産業での位置づけ

同解説は、AFMが微細構造の可視化に加えて局所的な電気的・機械的性質の測定にも有用であり、導電性と絶縁性、透明と不透明、柔らかいものと硬いものなど幅広い材料に適用できるとしている。用途は分子細胞生物学や2次元材料の基礎研究から、マイクロエレクトロニクス、プラスチック・ゴム、エネルギー貯蔵・発電デバイスといった産業分野にまで及ぶ。