原子間力顕微鏡 Atomic Force Microscope (AFM)

原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy;AFM）とは、走査型顕微鏡の一種である。試料と探針間に働く原子間力を検出することによって、試料表面を原子レベルで可視化する技術。

　試料表面を探針(tip)でなぞると、試料との間に原子間力(引力)が生じる。その力の大きさをカンチレバー(Cantilever)の"たわみ"として検出する。たわみ具合はレーザー光の反射角から精密に見積もることができる。このようにして、試料表面の凹凸を画像化する(下図)。同様の測定ができる走査型電子顕微鏡(STM)に比べ、導電性のない材料にも適用可能という利点を持つのが特徴である。

非接触型原子間力顕微鏡(Non-contacting Atomic Force Microscope: NC-AFM)では、探針を試料上空で上下振動させて走査し、探針-試料間距離に応じて変化する振動パラメータ変化を検出する。分解能などさまざまな点で接触型よりも優れており、原子レベルの解像度を誇る。

(画像：Aglient.com)

　2009年にIBMの研究者らは、一酸化炭素(CO)を先端に結合させた探針を用い、NC-AFMの分解能を大幅に向上させることに成功した[1]。分子軌道が存在する場所においては、CO分子との間にパウリの排他原理に基づく斥力が働くため、これを検出することで、化学結合までをも可視化できるようになった。以下の写真は彼らのグループによって撮影されたペンタセン分子のをAFM像である。