لكل محبى الفيزياء

ميكروسكوب القوة الذرية
Atomic force microscopy (AFM)
جهاز ميكروسكوب القوة الذرية

ميكروسكوب القوة الذرية Atomic Force Microscope (AFM ) او ميكروسكوب القوة الماسحةScanning Force Microscopy (SFM ) هو ميكروسكوب ذو قدرة تحليلية عالية وهو احد انواع ميكروسكوبات المجسات الماسحة والذي تحدثنا عن واحد منها وهو الميكروسكوب النفقي الماسح STM في مقال سابق. ولكن هذا الميكروسكوب له قدرة تحليل تصل الى اجزاء من النانومتر حيث انه يفوق حد تكبير الميكروسكوبات الضوئية بأكثر من 1000 مرة. ويعتبر هذا الميكروسكوب متطورا عن الميكروسكوب النفقي الماسح STM. اخترع ميكروسكوب القوة الذرية AFM العالمين Quate و Gerber في العام 1986. وتوفر اول جهاز للاستخدام في المختبرات العلمية في العام 1986. ويعتبر هذا الميكروسكوب الاكثر شهرة كأداة تكبير وقياس وتحريك على المستوى النانوي.

وحديثاً تمكن علماء فيزيائيون في جامعة اوساكا في اليابان من استخدام ميكروسكوب القوة الذرية AFM في التعرف على هوية التركيب الكيميائي وتحديد نوع كل ذرة ومكان تواجدها على المخطط ثلاثي الابعاد لتضاريس سطح المادة على المستوى الذري. وقد اكتشف هؤلاء العلماء ان التفاعلات تشكل بصمة ذرية لتمييز الذرات باستخدام ميكروسكوب AFM.

في هذا المقال من كيف تعمل الاشياء سوف نلقى الضوء عن هذا الجهاز التدقيق وكيف يعمل واهم الاستخدامات التي يمكن ان يقوم بها جهاز ميكروسكوب القوة الذرية.





الميكروسكوب النفقي الماسح

Scanning tunneling microscope (STM)

عندما نتحدث عن الميكروسكوب فان اول ما نفكر به هو جهاز الميكروسكوب الذي نعرفه في مختبرات المدراس والذي يعمل بتكوين صورة ضوئية عن العينة المراد النظر لها بشكل مكبر، ومع تقدم العلم وتطوره اصبح بالإمكان ان نحصل على تكبير يفوق أي توقع. في بدايات القرن العشرين مع اكتشاف الفيزياء الحديثة والخاصية المزدوجة للإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمات المادية ونظرية ميكانيكا الكم التي تدرس الاجسام على المستوى الذري الدقيق اصبح بالإمكان تصميم ميكروسكوب يعمل على التكبير بدرجة عالية جدا تصل الى مئات الاف المرات وهي تعتمد على استخدام موجة الالكترون وقد تحدثنا عن الميكروسكوب الالكتروني الماسح SEM والميكروسكوب الالكتروني النافذ TEM وتوالت الاكتشافات ليظهر لنا في العام 1981 ميكروسكوب جديد من حيث فكرة عمله ومن حيث امكانياته وقدراته واستخداماته المتنوعة هذا الميكروسكوب يعرف باسم الميكروسكوب النفقي الماسح scanning tunneling microscope او STM.

يعتبر جهاز الميكروسكوب النفقي من الاجهزة الاساسية في علم النانوتكنولوجي والذي ساعد في دراسة المواد على المستوى الذري وفي بناء وفحص التراكيب النانوية. وتعتمد فكرة عمله على مبدأ النفق الكمي quantum tunneling. فعندما يقترب طرف المجس الموصل للكهرباء والذي يعرف باسم tip من السطح المراد فحصه يطبق فرق جهد بين السطح وطرف المجس tip يسمح بمرور الالكترونات من خلال نفق في الفراغ بينهما. تيار الالكترونات هذا تعرف باسم التيار النفقي tunneling current. يعتمد التيار النفقي على موضع المجس بالنسبة للسطح وعلى فرق الجهد المطبق وعلى الكثافة الموضعية للعينة.

في هذا المقال من كيف تعمل الاشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل جهاز الميكروسكوب النفقي STM وانماط تشغيله كما سوف نتعرف على الاجهزة التي تعمل على نفس فكرة عمله.