Rasterkraftmikroskopie

Die Funktionsweise von Rasterkraftmikroskopen (AFM vom englischen Atomic Force Microscope) ist mit dem Prinzip eines Schallplattenspielers vergleichbar: Eine sehr spitze Nadel am Ende eines Federbalkens wird auf einer Oberfläche positioniert. Je stärker die Sonde auf die Probenoberfläche drückt, desto mehr verbiegt sich der Federbalken. Diese Verbiegung wird sehr genau mit einem Laserstrahl gemessen und dient dazu, Punkt für Punkt die Oberflächenstruktur oder eine Materialeigenschaft der Probe zu bestimmen.

Neben verschiedenen Varianten dieser Mikroskopie, die sich durch besonders spezialisierte Sensoren auszeichnen (z.B. eine magnetische Sonde zur Detektion von Magnetfeldern), werden vor allem zwei Betriebsmodi voneinander unterschieden: Im "Statischen-" oder "Kontaktmodus" wird die Sonde tatsächlich unter Aufwendung einer bestimmten Kraft über eine Oberfläche gezogen. Diese Methode hat den Nachteil, dass sowohl die Probe als auch die feine Sonde beschädigt werden kann, wenn die Sonde über die Probe "kratzt". Noch genauere Ergebnisse erreicht man mit dem "Dynamischen-" oder auch "Berührungslosen Modus", in dem der Federbalken mit der Sonde in gleichmäßige Schwingungen versetzt wird. Gemessen wird in diesem Messmodus nicht die Auslenkung des Federbalkens, sondern seine Schwingungsfrequenz. Mit dieser Methode können auch einzelne Atome ertastet werden. Das ist schon ein kleines Wunder, denn vom Größenunterschied her gleicht der Versuch, ein einzelnes Atom mit einer feinen AFM-Sonde zu ertasten, dem Vorhaben, mit der Spitze des Matterhorns (4478 Meter) einen Tennisball zu fühlen.

Im Gegensatz zur Rastertunnelmikroskopie können mit dem Rasterkraftmikroskop nahezu alle festen Proben untersucht werden, auch solche, die nicht elektrisch leitend sind.