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Afm generalites Université Montpellier II Microscopie à force atomique I Généralités Sommaire Introduction Principe de fonctionnement Le levier La pointe Principales caractéristiques l'usure des pointes La résolution et les artefacts Mesure du rayon de co

Université Montpellier II Microscopie à force atomique I Généralités Sommaire Introduction Principe de fonctionnement Le levier La pointe Principales caractéristiques l'usure des pointes La résolution et les artefacts Mesure du rayon de courbure de la pointe Introduction Pour cartographier la surface d ? une pièce à l ? échelle du millimètre ou du micromètre ce ne sont pas les méthodes qui manquent Les machines à mesurer tridimensionnelles les pro ?lomètres les stations de mesure optique les microscopes ? s ? appuient sur des palpeurs optiques ou à contact pour balayer la surface du matériau et en déterminer le relief A l ? échelle nanométrique c ? est une autre histoire ? Les forces interatomiques forces électrostatiques de Van der Waals etc ? ne sont plus négligeables et elles doivent être prises en compte dans le principe de mesure La microscopie à force atomique Atomic Force microscopy ou AFM fait mieux que cela elle s ? appuie sur ces forces pour caractériser l ? état de surface des matériaux et même un certain nombre de ses propriétés physicochimiques électriques magnétiques mécaniques etc indépendamment de la nature de l ? échantillon Son champ d ? application est donc extrêmement vaste La méthode est employée dans les laboratoires de recherche ou en milieu industriel pour visualiser des structures à l ? échelle nanométrique réaliser des cartographies tridimensionnelles détecter les défauts de surface de tous types de matériaux notamment dans les industries du semiconducteur ou de l ? optique visualiser des domaines magnétiques mesurer la dureté des matériaux par nanoindentation et même déterminer les propriétés d ? échantillons biologiques mesure des constantes de force des molécules observations de l ? ADN etc ? La Microscopie à Force Atomique doit son invention en aux physiciens allemand et suisse Gerd Binnig et Heinrich Rohrer tous deux prix Nobel de physique en Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement du microscope à force atomique trouve ses racines dans les travaux de Tabor et Israelachvili concernant la mesure des forces intermoléculaires de surface Il s'agit de mesurer l'interaction s'exerçant entre deux corps en fonction de leur distance de séparation Une pointe très ?ne jusqu ? à nm de rayon et m de hauteur est solidaire d'un microlevier en anglais cantilever à son extrémité La souplesse de ce dernier raideur en exion comprise entre - et N m l'autorise à échir avec une bonne sensibilité sous l'action des forces agissant sur la pointe Le système microlevier-pointe peut être grossièrement assimilé à un système masse-ressort et la force de rappel du ressort égale au produit de la raideur en exion du microlevier kl par sa dé exion ? z est en équilibre avec la force d'interaction pointe-surface correspondant à la distance de séparation d ?gure Figure Le microlevier en AFM est assimilable à un ressort dont l'allongement est fonction de la force d'interaction pointe- surface Dans la plupart des cas la détection de la dé exion est optique Elle se fait au moyen d'un faisceau laser dirigé vers l'extrémité du