Rasterkraftmikroskopie

Zur Messung von Kraft-Abstands Kurven wird der Cantilever ein- oder mehrmals auf die Probe abgesenkt, mit definierter Kraft aufgedrückt und wieder von der Probe entfernt. Dabei wird die auf den Cantilever wirkende Kraft in Abhängigkeit von der Spitzenposition aufgezeichnet. Aus den entstandenen Kurven lassen sich dann Rückschlüsse auf verschiedene Eigenschaften des Materials und der Oberfläche gewinnen, wie z. B. über die Adhäsionskräfte und die Elastizität. Nebenstehende Abbildung zeigt eine theoretische Kurve auf einer rein elastischen Probe. Der horizontale Abschnitt in der rechten Bildhälfte repräsentiert die Nulllinie (mit zunehmenden Abstand sollte die Kraft zwischen Spitze und Probe gegen Null gehen).

Nähert sich die Spitze der Probe an kommt es schließlich zu einem Sprung der Spitze auf die Oberfläche, der durch kurzreichweitige attraktive Kräfte hervorgerufen wird. Anschließend steigt die Kraft proportional mit dem weiteren Annähern an ("Kontaktregime"). Beim Zurückziehen des Cantilevers fällt die Kurve genauso linear wieder ab, bleibt aber an der Oberfläche haften, bis die Federkraft des Cantilevers größer wird als die Adhäsionskräfte der Oberfläche und der Federbalken wieder in seine Nullposition springt.

Mit der Entwicklung des Rasterkraftmikroskops stand erstmals ein Instrument zur Verfügung, das sich nicht nur durch eine enorme Kraftauflösung bis in den Pikonewton-Bereich, sondern auch durch eine bis dahin unerreichte laterale und vertikale Auflösung auszeichnete. Die Vielseitigkeit der Methode beruht auf der großen Zahl an kontrastbildenden Materialeigenschaften. So können neben der Topographie Elastizitätsmodule, Reibungskoeffizienten, chemische Gruppen, Oberflächenladungen und Energieverluste bei der Oszillation des Cantilevers ortsaufgelöst abgebildet werden.