Sizlere bugün nanoteknolojik araştırmalarda çok kullanılan bir başka taramalı uçlu mikroskop çeşidini anlatacağım: atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ya da taramalı kuvvet mikroskobu. İngilizceleri de sırasıyla “atomic force microscope” ve “scanning force microscope”.
Bu yazı da sadece bu mikroskoba has özelliklerden bahsedeceğim. O yüzden, eğer taramalı uçlu mikroskoplar namına bir şey bilmiyorsanız şu yazıma göz atmanızı tavsiye ederim. Yazıda anlamadığınız kısımları yorum kısmında belirtirseniz, o kısımları daha açıklayıcı biçimde tekrar yazarım.
Genel Bilgiler
Binnig, Quate ve Gerber tarafından 1986 yılında üretildi.
Aletin ismi mikroskop, ama aslında bildiğimiz mikroskoplar gibi değiller. Nedeni ise şu: orta okulda veya lisede biyoloji dersinde mikroskop kullandıysanız bilirsiniz, mikroskopla bir cismi gerçekten görebilirsiniz, ama atomik kuvvet “mikroskobu” ile bir cismin ya da yüzeyin nasıl olduğunu öğrenebileceğiniz bir resim görebilirsiniz. Yani gerçek manada bir atomu göremezsiniz, ama atomların nasıl dizilidiğini anlayabilirsiniz. Bu önemli bir husus.
Çalışma Prensibi
Sivri uç yüzeyi tarar ve yüzey ile arasındaki kuvvet ölçülür. AKM’de sivri uç için manivela kelimesi tercih ediliyor, biz de onu kullanacağız.
Bir AKM Manivelası
Hatırlarsanız, Taramalı Tünelleme Mikroskopları’nda (TTM) tünelleme akımı sayesinde görüntüler oluşturuluyordu. Atomik Kuvvet Mikroskobu’nda ise tünelleme akımının yerini atomik kuvvet alıyor.
Atomik kuvveti ise manivelanın ucundaki atom ile yüzeydeki atom arasındaki kuvvet şeklinde tanımlayabiliriz. Mikroskobun iki modu var: itici, çekici. Manivela ile yüzey arasında eğer uzaklık çok fazla ise yüzey manivelayı çeker, bu çekici moddur. Çekici modda iken manivela ve yüzey arası uzaklık 10-100 Angström arasıdır, atomik kuvvet değeri ise 10-12 Newtondur. Eğer uzaklık 10 Angströmden az ise, itici moda geçilir. İtici modda iken manivela yüzeyle temas halindedir. Atomik kuvvet değeri ise 10-6 ila 10-7 Newton arasındadır, 10-9 bile olabilir. (Resimden de faydalanabilirsiniz.)
Yandaki resme bakarsanız, manivelanın (sivri uç) biraz eğildiğini görürsünüz. İşte bu eğilme miktarına göre atomik kuvvet ölçülür. Eğilme miktarının nasıl ölçüldüğünü aşağıda açıkladım meraklanmanıza gerek yok.
Manivelayı bir yay gibi düşünebiliriz, lise fiziğinden biliyoruz ki yay sabiti ne kadar düşükse yay o kadar hassastır. Mikroskobun hassas olması için kullanılan manivelaların da düşük yay sabitine sahip olması lazımdır. En fazla kullanılan malzemeler silikon, silikon oksit, silikon nitritdir. Üretiminde fotolitografik teknikler kullanılır. Fotolitografik tekniklerden ise şurada bahsetmiştim.
İtici modun çekici moda göre avantajları:
- Manivela yüzeye değmediği için yumuşak alanlarda (biyolojik sübstratlar gibi) kullanılabilir.
Çekici modun itici moda göre avantajları:
- Çözünürlük yüksek. Atomik seviyede görüntüler bu modda elde edilir.
Bazen de itici ve çekici modun birleşimi bir modda kullanılır: tıklatma modu. Bu modda ise manivela yüzeye dokunup, çekilir; bir nevi tıklatma hareket yapar. Bu sayede çekici moddaki yüzey hasar sorunu bir nevi çözülmüş olur, hem de yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edilir.
Aynen TTM’de olduğu gibi AKM’de de bir başka iki mod vardır: sabit yükseklik, sabit kuvvet. İlk modda manivela ile yüzey arası mesafe sabit tutulur ve kuvvetteki değişim esas alınır, geri bildirim sistemi vardır. İkinci modda kuvvet sabit tutulacağı için mesafe değişir, bu mesafe değişimine göre görüntü oluşturulur, geri bildirim sistemi yoktur.
Eğilme miktarı nasıl ölçülür?
AKM ilk üretildiğinde manivelanın üstünde TTM’de kullanılan bir sivri uç kullanılıyordu. Manivela ile bu sivri uç arasındaki tünelleme akımındaki değişime göre hesaplamalar yapılıyordu. Bu süreç biraz zordu ve her zaman istikrarlı bir ölçüm alınamıyabildiği için artık kullanılmamaktadır.
Günümüzde optik metodlar kullanılmaktadır. (resimdeki sistem) Bu yöntemde manivelanın üstü bir metalle kaplanır ve ayna haline getirilir. Daha sonra lazerden demetler gönderilir. Yansıyan demetler iki fotodiyottan oluşan bir sisteme çarpar. Eğer manivelanın konumu değişmiş ise bir diyot daha fazla akım üretir, akımdaki bu değişime göre manivelanın sapma değeri belirlenir.
TTM’ye göre avantajları
- Görüntüleme kuvvete bağlı olduğundan, mikroskop hem iletken hem de yalıtkan yüzeylerde kullanılabilir. Oysa, TTM’lerde görüntü akıma bağlı olduğundan , sadece iletken yüzeylerden görüntü alınabiliyordu.
- Sübstratın 3 boyutlu profilini gösterir. TTM ise 2 boyutlu profiini gösterebilir.
- Daha ucuzdur. (ama o kadar da ucuz değildir 
)
- Açıkhavada ve sıvı ortamda çalışabilir, TTM vakumlu ortamda çalışabilir. Bu yüzden biyolojik sübstratlarda AKM kullanılır.
TTM’ye göre dezavantajları
- Daha yavaştır.
- Resim büyüklüğü maksimum 150 x 150 olabilir. TTM’de ise milimetre uzunluğunda ve genişliğinde resimler elde edilebilir.
- Dikey menzili kısıtlıdır. Çok yüksek yüzeyler taranamaz.
- Çözünürlüğü daha düşüktür.
Uygulama Alanları
- Görüntüleme - Yüzeylerin topografik görüntüleri oluşturulur.
- Hissetme - Bazı malzemelerin ortamda olup olmadığını anlamaya yardımcı olur.
- Atom yer değiştirmesi - Yüzeydeki atomların yerleri ile oynanabilir.
- Ölçme - Malzemenin karakteristik bir özelliğini hakkında bilgi toplama.
Ek Bilgiler
1- Türkiye’de NanoMagnetics adlı şirket AKM üretmektedir.
2- En son ise sizlere bir kaç gerçek AKM resmi göstermek istedim. Aletleri UNAM’dan seçtim.
UNAM‘da 2 adet AKM bulunmaktadır.
1- PSIA Marka AKM
2- Asylum Marka AKM
Kaynak: 1 , 2
Yazımı beğendiyseniz, RSS beslememe üye olabilirsiniz.
Etiket yok
Sitemizde bulunan Ziyaretçi sayısı
