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Das Rasterkraftmikroskop (engl. AFM = atomic force microscope)

Wir haben für das Schülerlabor ein wichtiges Werkzeug aus der Nanotechnologie entworfen und gebaut: ein Rasterkraftmikroskop. Üblicherweise werden Rasterkraftmikroskope auch mit dem englischen Namen des Geräts "AFM" (= atomic force microscope) bezeichnet. Mit einem AFM kann man mit einer sehr feinen Nadel, deren Spitze nur einen Durchmesser von wenigen Atomen besitzt, Oberflächen abtasten, die Vertiefungen oder Erhöhungen im Nanometer- oder Mikrometerbereich aufweisen. Dabei wird die Nadel, ähnlich wie bei einem Plattenspieler über die Oberfläche bewegt. Sie rastert den zu untersuchenden Messbereich Zeile für Zeile ab und wird je nach Untergrund entsprechend ausgelenkt. Diese Auslenkung wird beeinflusst durch die Wechselwirkung zwischen den Atomen der Nadelspitze und der zu messenden Oberfläche. Der Name "Rasterkraftmikroskop" bzw. "AFM" wird also abgeleitet vom Vorgang des Abrasterns einer Oberfläche und der Wirkung der dabei auftretenden atomaren Kräfte.

Der Versuch "Rasterkraftmikroskop" befindet sich derzeit im Aufbau. Dabei kann gelernt werden, wie so ein Gerät aufgebaut ist, wie es funktioniert und wie man Messungen damit durchführt. Das Bild links zeigt die Oberfläche einer handelsüblichen DVD, vermessen mit unserem AFM. Die DVD-Pits sind ca. 125nm tief, ca. 0,5µm breit und etwas über und unter 1µm lang. Das rechte Bild ist eine 3D-Darstellung einer Aufnahme von auf einer Kalibrierprobe, die etwa 100nm hohe "Bahnen" mit einer Breite von 5µm aufweist. Darauf erkennt man auch einige kleinere Schmutzpartikelchen.

 

 

   

AFM-Aufnahme DVD

DVD-Oberfläche

 

 

Kalibrierprobe AFM-Aufnahme

Kalibrierprobe (100nm hohe Bahnen mit 5µm Breite)

 

 

Wir haben unseren Aufbau im Schülerlabor zwischenzeitlich umgebaut. Wir verwenden im neuen Aufbau als Messprinzip das am meisten verbreitete Verfahren mit einer Viersegment-Fotodiode.
Da das auf einem Interferometer basierende Messprinip des alten Geräts immer wieder auf Interesse gestoßen ist, haben wir die Informationen dazu online gelassen. Diesen Aufbau sowie die Ergebnisse einiger Experimente haben wir in einem Artikel im "European Journal of Physics" veröffentlicht:

Eur. J. Phys. 34 (2013), 901-914

Das untenstehende Video zeigt einen kleinen Abstract zur Publikation.