Microscopie de Force Atomique

Le microscope de force atomique Dimension 3100 (Bruker) permet de cartographier la topographie de la surface d’un échantillon, ainsi que certaines propriétés physiques et mécaniques, avec des champs d’observation allant de 30 µm à quelques dizaines de nanomètres.

Plusieurs modes sont disponibles : tapping, contact, EFM, MFM.
Accessoires : cellule pour expérimentation en milieux liquides, caisson anti-vibrations, porte-échantillon rétro-éclairé pour lames minces d’épaisseur standard.

  • Mode Contact. La pointe reste en permanence au contact de l’échantillon au cours du balayage, la déflexion verticale est maintenue constante et le déplacement en z du levier fournit donc une image directe de la topographie de la surface de l’échantillon (la déflexion horizontale renseigne alors sur la friction entre la pointe et la surface). Ce mode offre aussi la possibilité de réaliser des courbes ponctuelles d’approche-retrait, qui permettent de déterminer localement certaines propriétés (déformations inélastique et élastique, force d’adhésion entre la pointe et la surface, etc.). Son principal inconvénient est la dégradation rapide des échantillons/pointes fragiles, et les artefacts qui en résultent.
  • Mode Tapping. La pointe oscille à fréquence de résonance du microlevier, et n’est donc plus qu’en contact intermittent avec la surface. La topographie de l’échantillon peut donc être imagée avec un minimum de dégradations ; le retard de phase (signal d’erreur), renseigne en outre sur les contrastes de viscoélasticité.
  • Mode MFM. La pointe, magnétisée, oscille à fréquence de résonnance du microlevier et balaye à altitude constante (mode non-contact) la surface d’un échantillon magnétique. Les modulations de fréquences causées par les interactions magnétiques pointe/surfaces permettent alors de cartographier les variations de champs magnétiques locaux.

Principe de l’analyse :
Un microscope de force atomique est essentiellement constitué d’une pointe très fine fixée sous un bras de levier micrométrique ; lorsque ce levier balaye la surface d’un échantillon, la mesure de sa déflexion permet de cartographier la topographie de la surface et donne accès à certaines de ses propriétés physiques et mécaniques.

Résolution latérale : elle dépend de la nature de l’échantillon, du type/rayon de courbure de la pointe.

Variation des propriétés visco-élastiques (contraste de phase – mode tapping) d’un matériaux bio-composite : la topographie de la surface d’une coquille de mollusque. Champ (Lxlxh) : 500x500x50 nm.