Mapování elektrostatických a magnetických sil
Pokud se s hrotem mikroskopu atomárních sil pohybujeme ve větší vzdálenosti
od povrchu (např. 20 nm), intenzita meziatomárních sil je poměrně malá. Dlouhodosahové síly, které zde převládají,
jsou elektrostatického původu, případně magnetického původu, pokud pracujeme s feromagnetickými materiály.
Mikroskop může být snadno využit pro objemové mapování takových sil, v tomto případě hovoříme o mikroskopii elektrostatických sil
(EFM - electric force microscopy) a mikroskopii magnetických sil (MFM - magnetic force microscopy).
Pro měření elektrostatických sil postačuje využít vodivý hrot podobně
jako při měření lokálního elektrického proudu (stejné je i zapojení, jen hrot
není v kontaktu s povrchem). Hroty jsou většinou vyrobeny z dopovaného křemíku, případně jsou pokryty tenkou vodivou
vrstvou, například platiny. Speciálním typem měření je mapování kontaktního potenciálu přiložením střídavého napětí mezi hrot a povrch
a nulováním stejnosměrné složky napětí na hrotu (KPFM - Kelvin probe force microscopy) a měření kapacity systému hrot - povrch
v kapacitní mikroskopii (SCM - Scanning capacitance microscopy).
|
Měření intenzity polí většinou provádíme hned v několika rovinách nad vzorkem, což nám umožňuje získat více dat do případné rekonstrukce rozložení náboje nebo magnetizace ve vzorku, navíc můžeme
lépe odhadnout vliv dalších sil působících mezi hrotem a povrchem.
Pro měření magnetických sil je nutné použít hrot pokrytý magneticky tvrdým materiálem a před měřením jej
zmagnetizovat, což se děje cívkou nebo permanentním magnetem. V některých mikroskopech je možné aplikovat magnetické
pole na vzorek, většinou pomocí dlouhých pólových nástavců elektromagnetu umístěného stranou od vzorku.
Mikroskopie magnetických sil nachází uplatnění především při studiu záznamových médií.
|  |
| Schéma AFM při měření proudu a mapování elektrických polí |
Kvantitativní měření
Z pohledu interpretace dat je patrně nejsnazším měřením mapování kontaktního potenciálu, kde
dostáváme přímo hodnoty napětí, kterými je nutné tento kontaktní potenciál kompenzovat. Pokud povrch nevykazuje výrazné
morfologické struktry, dají se výsledky přímo využít. U dalších metod je situace
složitější, mezi hlavní zdroje nejistot u elektrostatických měření můžeme počítat následující vlivy:
- vliv dlouhodosahových van der Waalsových sil,
- vliv samotné sondy na rozložení elektrostatického pole.
I zde je ideálním způsobem interpretace dat výpočet rozložení elektrostatického
pole mezi hrotem a povrchem pro každý bod snímku, což je nicméně numericky poněkud náročné.
Při měření magnetických polí se situace komplikuje ještě více, kromě výše
uvedených jevů (v magnetickém mikroskopu můžeme předpokládat působení elektrostatických sil rovněž) musíme
brát v potaz tyto jevy:
- víceméně neznámé magnetické vlastnosti hrotu a jejich změny během měření,
- nejednoznačnou závislost mezi magnetizací a rozložením pole (není možné snadno provést magnetizace ze známého pole).
Kvantitativní magnetická mikroskopie je proto stále velmi obtížná disciplína metrologie.
|
