Rasterkraftmikroskopie

Das Rasterkraftmikroskop ist ein 1986 von Binnig, Quate und Gerber entwickeltes Mikroskop zur mechanischen Abtastung von Oberflächen auf der Nanometerskala. Dabei wird eine Messspitze, die sich auf einem elastisch biegsamen Hebelarm (Cantilever) befindet, als Messsonde in geringem Abstand über die Probenoberfläche geführt. Ein piezoelektrischer Scanner bewegt hierfür entweder die Spitze über die Probe oder die Probe unter der feststehenden Spitze. Durch die dabei wirkenden Kräfte zwischen Spitze und Probe wird der Cantilever gemäß dem Hooke'schen Gesetz verbogen, die Auslenkung kann mit kapazitiven oder typischerweise optischen Sensoren gemessen werden. Der Krümmungsradius der Spitzen beträgt typischerweise 10 - 20 nm, erreicht werden laterale Auflösungen von 0,1 - 10 nm. Zur exakten Positionierung verwendet man Piezo-stellelemente, mit deren Hilfe Scanbereiche von bis zu (100 µm)² untersucht werden können. Die Scangeschwindigkeiten liegen typischerweise zwischen 0,5 und 10 Hz, bei normalen Bildauflösungen ergibt sich somit eine Messdauer von mehreren Minuten pro Bild.

Das Rasterkraftmikroskop kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, welche, je nachdem welche Wechselwirkungen für die Messungen genutzt werden, in Kontakt-Modus, Nicht-Kontakt-Modus und Intermittierender Modus eingeteilt werden können. Des weiteren kann man unterscheiden ob es sich um einen geregelten (constant force/amplitude Modus) oder ungeregelten (constant height Modus) Modus handelt.