Kraft-Distanz Kurven beim Kraftmikroskop
Was passiert in einem Rasterkraftmikroskop beim Annähern und Wiederablösen von Spitze und Probe? Im Video ist die Anordnung eines Rasterkraftmikroskops mit optischer Auslesung dargestellt. Das Durchbiegen der Feder wird mit Hilfe des Strahls einer Laserdiode und eines 4-Quadranten-Detektors gemessen und wird als Kraft im Diagramm dargestellt. Der Verstärker bewegt die Probe mit einem Piezoröhrchen gegen die Spitze der Feder. Wird die Probe der Spitze angenähert, so spürt sie kurz vor dem Berühren die Anziehungskraft zwischen Spitze und Probe und schnappt das letzte Stück des Weges auf die Probe ein. Bei der weiteren Annäherung sind Spitze und Probe in Kontakt und folgen somit der Auslenkung der Probe. Beim Wiederentfernen der Probe bleibt die Spitze länger an der Probe haften und springt mit der eigenen Resonanzfrequenz der Feder wieder in den freien Zustand zurück. Eine Wiederholung der ganzen Messung ist endlos möglich.
Reibungskräfte gemessen mit dem KraftmikroskopWie kann die Reibung im Nanometerbereich mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen werden? Das Rasterkraftmikroskop mit optischer Gewinnung des Resultates kann nicht nur vertikale Auslenkungen der Feder (und damit der vertikalen Kraftkomponente) dienen. Auch horizontale Komponenten, hervorgerufen durch Torsion der Feder, können mit dem 4-Quadranten-Detektor gemessen werden. Um die Reibung zwischen Spitze und Probe zu bestimmen, reicht es, wenn die Spitze auf die Probe abgesenkt wird und mit einer kleinen Kraft auf der Probe aufliegt. Beim seitlichen Verschieben der Probe verursacht die Rauigkeit der Probenoberfläche eine Reibungskraft, welche via horizontale Auslenkung des Laserspots auf dem Detektor gemessen wird. Die glänzenden Stellen der Probe haben somit weniger Reibung als die rauhen Stellen.
Kraftmikroskop mit magnetischer SpitzeDieses Video wurde für die Sendung „Menschen, Technik, Wissenschaft“ (MTW) des Schweizer Fernsehens, anlässlich eines Berichtes über die Anwendungen von Raster-Kraft-Mikroskopen hergestellt. Hier wird demonstriert, wie ein dynamisches Kraft-Mikroskop mit optischer Auslesung (mit Laserdiode und Messung mit einem 4-Quadranten-Detektor) eingesetzt werden kann, um feinste magnetische Strukturen auf modernen Harddisks zu analysieren. Dabei wird die Feder des Kraftmikroskops in Resonanzschwingungen versetzt. Die Spitze der Feder ist aus einem magnetisierten Material und damit empfindlich auf die magnetisierten Strukturen an der Oberfläche der zu untersuchenden Harddisk. Deutlich wird sichtbar, dass sich die Resonanzfrequenz über Gebieten gleicher oder entgegengesetzter Magnetisierung stark ändert.