กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมตรวจจับด้วยเลเซอร์
หลักการพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมคือการยึดปลายด้านหนึ่งของไมโครคานติลีเวอร์ซึ่งมีความไวต่อแรงที่อ่อนแออย่างมาก และปลายอีกด้านหนึ่งมีปลายเข็มเล็กๆ ปลายเข็มสัมผัสกับพื้นผิวของตัวอย่างอย่างแผ่วเบา เนื่องจากแรงผลักที่อ่อนแออย่างยิ่งระหว่างอะตอมที่ปลายเข็มกับอะตอมบนพื้นผิวของตัวอย่าง ไมโครแคนทิลิเวอร์ที่มีปลายเข็มจะผันผวนและเคลื่อนที่ไปในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิวของตัวอย่างโดยการควบคุมค่าคงที่ แรงระหว่างการสแกน ด้วยการใช้วิธีการตรวจจับด้วยแสงหรือการตรวจจับกระแสในอุโมงค์ การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของไมโครแคนติลิเวอร์ที่สอดคล้องกับจุดสแกนจึงสามารถวัดได้ ดังนั้นจึงได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของตัวอย่าง ต่อไป เราจะยกตัวอย่างกล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอม (Laser AFM) ซึ่งเป็นกลุ่มกล้องจุลทรรศน์แบบโพรบสแกนที่ใช้กันทั่วไป เพื่ออธิบายหลักการทำงานโดยละเอียด
ลำแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์ไดโอดจะมุ่งไปที่ด้านหลังของคานยื่นผ่านระบบออพติคอล และสะท้อนจากด้านหลังของคานยื่นไปยังเครื่องตรวจจับตำแหน่งเฉพาะจุดที่ประกอบด้วยโฟโตไดโอด ในระหว่างการสแกนตัวอย่าง เนื่องจากแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมบนพื้นผิวของตัวอย่างและอะตอมที่ส่วนปลายของโพรบไมโครแคนทิลิเวอร์ ไมโครแคนทิลิเวอร์จะโค้งงอและผันผวนตามสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของตัวอย่าง และลำแสงที่สะท้อนก็จะเปลี่ยนไปด้วย ตามนั้น ดังนั้น ด้วยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของจุดแสงผ่านโฟโตไดโอด จึงสามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของตัวอย่างที่ทดสอบได้
ตลอดกระบวนการการตรวจจับและการสร้างภาพของระบบ ระยะห่างระหว่างโพรบและตัวอย่างที่ทดสอบจะถูกรักษาไว้ที่ระดับนาโนเมตร (10-9 เมตร) เสมอ หากระยะห่างมากเกินไป จะไม่สามารถรับข้อมูลบนพื้นผิวของตัวอย่างได้ หากระยะห่างน้อยเกินไป จะทำให้โพรบและตัวอย่างที่ทดสอบเสียหายได้ ฟังก์ชั่นของลูปป้อนกลับคือการได้รับความแข็งแรงของการโต้ตอบตัวอย่างโพรบจากโพรบในระหว่างกระบวนการทำงาน เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในทิศทางแนวตั้งของเครื่องสแกนตัวอย่าง เพื่อให้ตัวอย่างขยายและหดตัว ปรับระยะห่าง ระหว่างโพรบกับตัวอย่างที่ทดสอบ และในทางกลับกันจะควบคุมความแรงของการโต้ตอบของตัวอย่างโพรบ เพื่อให้ได้การควบคุมป้อนกลับ ดังนั้นการควบคุมผลป้อนกลับจึงเป็นกลไกการทำงานหลักของระบบนี้
ระบบนี้ใช้วงจรควบคุมผลป้อนกลับแบบดิจิทัล ผู้ใช้สามารถควบคุมลักษณะของลูปป้อนกลับได้โดยการตั้งค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กระแสอ้างอิง อัตราขยายรวม และอัตราขยายตามสัดส่วนในแถบเครื่องมือพารามิเตอร์ของซอฟต์แวร์ควบคุม
กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอมมิกเป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้างพื้นผิวของวัสดุแข็ง รวมถึงฉนวนด้วย ส่วนใหญ่ใช้ในการวัดสัณฐานวิทยาของพื้นผิว ศักย์พื้นผิว แรงเสียดทาน ความยืดหยุ่นหนืด และเส้นโค้ง I/V ของวัสดุ เป็นเครื่องมือใหม่ที่ทรงพลังในการระบุลักษณะคุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุ นอกจากนี้ เครื่องมือนี้ยังมีฟังก์ชันต่างๆ เช่น การจัดการนาโนและการวัดเคมีไฟฟ้าอีกด้วย
