آشنایی با عملکرد میکروسکوپ نیروی اتمی

آمار بازدید

بازدید امروز : 31
بازدید دیروز : 46
بازدید کل : 499971

پیوند ها

آشنایی با عملکرد میکروسکوپ نیروی اتمی

شرکت در آزمون

میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)، دستگاهی است که برای مطالعه ی غیرمستقیم سطح اتم ها کاربرد دارد. این میکروسکوپ، با حرکت دادن یک پیمایشگر (probe) بر روی سطح ماده ، نیروی مکانیکی بین کاوشگر و ماده را محاسبه می کند و از این داده ها برای نشان دادن تصویر سطح اتم در رایانه استفاده می کند.

تلاش برای دیدنِ سطوح بسیار نازک‌، از مهم‌ترین فعالیت‌های علمیِ آزمایشگاه‌های جهان است. این کار، بسیار مشکل و معمولاً غیراقتصادی است. کدام کار؟ دیدنِ مستقیم سطوح بسیار نازک مانند سطح کف دریا یا سطح اتم. روش معمول برای دیدن چنین سطوحی غیرمستقیم است؛ یعنی جمع‌آوری داده‌های دقیق و پردازش آنها توسط رایانه‌ها و تبدیلشان به تصاویرِ دیدنی. در مقاله‌ای که می‌خوانید، شما را با چگونگی کسب اطلاعات از سطوح نادیدنی و تبدیل آنها به مدل‌های دوبُعدی و سه‌بُعدی آشنا می‌کنیم. این همان کاری است کهمیکروسکوپ نیروی اتمیانجام می‌دهد.
شبیه‌سازی کف دریا که با استفاده از داده‌ها صورت می‌گیرد، مدت‌هاست که در تحقیقات و مطالعات اقیانوس‌شناسی به کار می‌رود. اقیانوس‌شناسانِ اولیه به انتهای کابل‌های بلند وزنه‌هایی می‌آویختند و ته دریا می‌‌فرستادند. این وزنه‌ها کف دریا را می‌پیمودند و ناهمواری‌ها و شیارهای آن را از طریق کابل‌ها روی کاغذهای شطرنجی نقش می‌کردند.
امروزه در فارسی ، به این قبیل وسایل که می‌توانند اطلاعاتی را از سطوح نادیدنی به ما برسانند، ‌«پیمایشگر‌» می‌گویند. این عنوان معادل واژه ی probe در انگلیسی است.
اقیانوس‌شناسان جدید، کابل و وزنه را به کناری نهاده‌اند و فناوری رادار را به خدمت گرفته‌اند. آنها امواج صوتی را از یک کشتی اقیانوس‌پیما به کف دریا گسیل می‌کنند و با ثبت فاصلة کف با منبع گسیل‌کننده، ناهمواری‌های کف را ترسیم می‌نمایند.
ماهواره‌ها هم به همین روش می‌توانند امواجی را به اعماق ناشناختة فضا بفرستند و با محاسبة زمان رفت و برگشت، فواصل را اندازه بگیرند.
در میکروسکوپ نیروی اتمی نیز از این روشِ دیدن استفاده می‌شود.AFM ،پیمایشگری را روی سطح ماده حرکت می‌دهد. همزمان با حرکت این پیمایشگر بر سطح ماده، نیروی مکانیکی بین کاوشگر و ماده محاسبه می‌شود. این داده‌ها برای به تصویر کشیدن سطح اتم در رایانه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

filereader.php?p1=main_daa8f13c9d65da091

filereader.php?p1=main_daa8f13c9d65da091

در اینجا آزمایشی را به شما معرفی می‌کنیم که شما را با رفتار یک میکروسکوپ نیروی اتمی آشنا می‌کند. با این آزمایش می‌توانید بدون دیدنِ مستقیم، داده‌هایی را از درون یک جعبة دربسته استخراج کنید و با استفاده از آنها تصاویری دو و سه‌بُعدی از سطح درونی آن ترسیم نمایید.

filereader.php?p1=main_daa8f13c9d65da091

یک جعبه کفشِ خالی را بردارید و از دوستتان بخواهید که یک وسیلة مجهول درون جعبه درست وسط آن بچسباند و در آن را هم محکم ببندد. حالا کاغذی شطرنجی، مانند تصویر زیر، روی آن بچسبانید. (اگر چاپگر دارید، روی تصویر کلیک کنید و نسخة با کیفیت بالاتر را دانلود کنید و از آن پرینت بگیرید.)

filereader.php?p1=main_dfc0e642be3044e9f

سپس با یک میل بافتنی صفحه را سوراخ سوراخ کنید و با کمک همان میل بافتنی ارتفاع شیء مجهول از کفِ جعبه را در نقاط مختلف اندازه بگیرید. حواستان را جمع کنید که فقط ارتفاع میلة بافتنیِ فرورفته داخل جعبه را اندازه نگیرید، بلکه ارتفاع جعبه را هم محاسبه کنید. مثلاً اگر ارتفاع جعبه 14 سانتی‌متر است و میل بافتنی در آن نقطه 7.5 سانتیمتر فرو رفته است. باید 7.5 را از 14 کم کنید تا ارتفاع شیء مجهول از کف جعبه به دست آید.

filereader.php?p1=main_dfc0e642be3044e9f

پس از اینکه ارتفاع‌های نقاط مختلف را اندازه گرفتید، کافی است تااین فایلرا دانلود کنید و به کمک آن حدس بزنید داخل جعبه چه چیزی وجود دارد. خوب، چطور این حدس را زدید؟ درست است: به کمک شکلی که از سطح شیء مجهول به دست آورده ‌اید.
فایلی که برای این کار در اختیار شما قرار داده شده، یک صفحة گسترده است که توسط نرم‌افزار Excel طراحی شده است و شما هم می‌توانید مشابه آن را تولید کنید.

filereader.php?p1=main_628aadbeabbe1c09e

filereader.php?p1=main_628aadbeabbe1c09e

شکل بالا نتیجه انجام آزمایش جعبه دربسته برای یک جسم هرم مانند است.
جدول 15×15 بالای صفحه در واقع همان کاغذ مشبکی است که شما روی جعبه چسبانده‌اید. حالا کافی است که ارتفاع شیء مجهول را در هر نقطه به کمک میل بافتنی اندازه بگیرید و آن را در خانة متناظر آن در فایل Excel ذخیره کنید. همانطور که اعداد وارد برنامه می‌شوند، نقشة سطحِ شیء مجهول که اصطلاحاً به آن «نقشة توپوگرافی» می‌گویند، کامل‌تر می شود.