Qu'est-ce qu'un microscope à force atomique (AFM) ?
Le microscope à force atomique (AFM) est une nouvelle technique expérimentale permettant d'observer la topographie microscopique de la surface d'échantillons en utilisant les forces d'interaction entre les atomes et les molécules. Il est équipé d’une sonde nanométrique fixée sur un cantilever élastique micrométrique contrôlable de manière flexible. Lorsque la sonde s'approche de l'échantillon, la force d'interaction entre les atomes à la pointe de la sonde et les atomes à la surface de l'échantillon plie le porte-à-faux et le déplace de sa position d'origine. Une image tridimensionnelle est reconstruite en fonction de la fréquence de déviation ou de vibration de la sonde pendant le balayage, de sorte que la morphologie de surface et la composition atomique de l'échantillon puissent être obtenues indirectement.
Il étudie la structure de surface et les propriétés des matériaux en détectant la force interatomique extrêmement faible entre la surface de l'échantillon et un élément miniature sensible à la force. Une extrémité d’un microcantilever, très sensible à de petites forces, est fixe, tandis que la micropointe située à l’autre extrémité s’approche de l’échantillon et interagit avec lui. La force d'interaction provoque une déformation ou un changement dans l'état de mouvement du microcantilever.
Lors de l'analyse des échantillons, les capteurs détectent ces changements pour obtenir la répartition des forces d'interaction, et ainsi faire surface des informations structurelles avec une résolution à l'échelle nanométrique. Un AFM se compose principalement d'un cantilever doté d'une pointe acérée, d'un détecteur de mouvement en porte-à-faux, d'une boucle de rétroaction pour le contrôle du mouvement, d'un scanner piézoélectrique en céramique pour la numérisation des échantillons et d'un système contrôlé par ordinateur pour l'acquisition, l'affichage et le traitement des images. Le mouvement du microcantilever peut être détecté par des méthodes électriques telles que la détection de courant tunnel ou des méthodes optiques comprenant la déviation du faisceau et l'interférométrie. Lorsque la pointe est suffisamment proche de l’échantillon et que des forces répulsives à courte portée existent entre elles, la détection de cette répulsion permet une imagerie de surface à résolution atomique ; la résolution est généralement au niveau du nanomètre. La mesure AFM n'impose aucune exigence particulière sur les échantillons et peut être appliquée à des surfaces solides, des systèmes adsorbés et bien plus encore.
