SFM (Scanning force microscopy)
SFM (Scanning force microscopy)
Tipo di microscopia che impiega una forza d’interazione tra una punta e un campione per riprodurre la topografia di una superficie. La forza misurata può essere di tipo interatomico o di van der Waals, magnetico, elettrostatico di adesione, di attrito e così via. La microscopia a scansione di forza SFM è spesso chiamata anche microscopia a forza atomica (AFM, Atomic force microscopy), data la sua capacità di misurare le interazioni fra punta e campione a livello atomico. La tecnica SFM fa parte della famiglia delle tecniche di microscopia con sonda a scansione (SPM, Scanning probe microscopy) e discende direttamente dalla tecnica di microscopia a scansione a effetto tunnel (STM, Scanning tunneling microscopy). Nella tecnica STM si impiega la corrente di tunneling come segnale estremamente sensibile alla distanza punta-campione. Per ottenere una sensibilità simile con un segnale di forza è stato proposto nel 1986 da Gerd Binning, Calvin Quate e Cristoph Gerber un dispositivo, oggi ancora alla base della tecnica SFM, costituito da una microleva molto flessibile (cantilever) con una punta (tip) alla sua estremità e da un diodo laser che emette un raggio di luce, poi riflesso dall’estremità mobile della leva e rivelato da un fotodiodo a due settori. Quando tra gli atomi della punta e quelli della superficie del campione si fa sentire una forza di interazione, questa fa flettere la leva facendo deviare il raggio riflesso che illuminerà i due settori in modo diverso: misurando tale differenza d’illuminazione si ottiene un andamento proporzionale alla forza che flette la leva. Utilizzando un dispositivo piezoelettrico per la variazione della posizione di un sensore a punta sulla superficie del campione (coordinate x,y) e della distanza verticale tra superficie e punta (coordinata z), l’immagine tridimensionale (x,y,z) viene realizzata costruendo una matrice di punti con un calcolatore che acquisisce i dati del sensore e del piezoelettrico. La microscopia SFM, e più in generale la tecnologia SPM, rappresenta la metodologia più recente per ottenere immagini a risoluzione nanometrica contenenti informazioni sulla reale topografia del campione in tre dimensioni. Tale tecnica viene oggi impiegata nello studio della fisica delle superfici di vari materiali (polimeri, metalli, semiconduttori, membrane biologiche e sintetiche ecc.) e consente la rilevazione di dettagli con elevata accuratezza per campioni in aria o immersi in un liquido. La risoluzione verticale in un’immagine singola può arrivare fino al nanometro su strutture con corrugazioni dell’ordine dei micron. I principali svantaggi del microscopio SFM rispetto ai microscopi elettronici come il SEM (Scanning electron microscope) sono le dimensioni dell’immagine, la dipendenza della risoluzione delle immagini dal tipo di sonda, la velocità di scansione e la necessità del postprocessing per eliminare le impurità.