Microscópio de Força Atômica (AFM)

O microscópio de força atômica tem uma sonda que faz a varredura, e as deflexões são monitoradas por um laser, gerando sinais elétricos que são convertidos em imagens.

Imagem de traço de raio laser em superfície de Titânio gerada com Microscópio de Força Atômica (AFM)
Imagem de traço de raio laser em superfície de Titânio gerada com Microscópio de Força Atômica (AFM)
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Conforme explicado com mais detalhes no texto Microscópio de tunelamento com varredura (STM), este foi o primeiro equipamento projetado para interagir com a superfície de um sólido e utilizar as correntes de tunelamento, bem como as vibrações e outros efeitos produzidos nas sondas, para visualizar imagens de átomos e moléculas nessas amostras.

Microscópio eletrônico de varredura JSM-6510 na exposição internacional de equipamentos analíticos e de laboratório na Rússia em 28 de abril de 2011 *
Microscópio eletrônico de varredura JSM-6510 na exposição internacional de equipamentos analíticos e de laboratório na Rússia em 28 de abril de 2011 
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Com o avanço da tecnologia, outros microscópios ainda mais potentes foram desenvolvidos, como o Microscópio de Força Atômica (AFM - Atomic Force Microscope) ou, ainda, SFM (Scanning Force Microscope), que, além de permitir a visualização das imagens dos átomos, reproduz também seus movimentos com grande precisão, bem como transmite informações sobre a natureza do material, sua homogeneidade e natureza elétrica e magnética. Ele é como o nosso tato, que nos permite identificar não só a imagem do material, mas também sua consistência, se é duro ou mole, por exemplo.

As imagens são, na verdade, representações geradas por computador, não fotografias reais, mas servem para nos mostrar a aparência das superfícies de maneira extraordinária!

O Microscópio de Força Atômica foi inventado por Binning, Quate e Gerber. Seu princípio fundamental de funcionamento baseia-se na medida das deflexões de um suporte, cuja extremidade livre possui a sonda montada. A sonda pode estar em contato com a amostra ou não. No modo contato, o cantilever (pequena haste flexível) da AFM enverga-se na direção oposta à amostra. No modo não contato, o cantilever da AFM enverga-se na direção da amostra. Essas deflexões são resultado de forças de atração e repulsão.

Temos que, quando a ponteira com a sonda aproxima-se da amostra, ela é atraída em virtude das forças de atração, como as forças de van der Waals. Mas à medida que vai se aproximando, os orbitais eletrônicos da sonda e do material causam forças de repulsão. Conforme a distância entre elas vai diminuindo e ficando na ordem de alguns angstroms (distância característica de uma união química), as forças de repulsão e atração anulam-se, até que, por fim, as forças repulsivas dominam. Os movimentos da haste que refletem a forma da superfície podem ser monitorados utilizando-se um feixe de laser.

Representação didática do microscópio de força atômica (AFM)
Representação didática do microscópio de força atômica (AFM)

A maioria das aplicações do Microscópio de força atômica e do Microscópio de tunelamento com varredura é igual, tais como o estudo de superfícies de metais, de semicondutores e de materiais biológicos. Mas o Microscópio de força atômica pode trabalhar também em meio líquido e em ar. Além disso, ele pode ser usado em baixas temperaturas e também para estudar todo tipo de material isolante, e não só materiais condutores. Isso porque ele utiliza a força atômica no lugar da corrente de tunelamento para gerar imagens, o que é interessante, por exemplo, no estudo de materiais biológicos congelados.

O Microscópio de força atômica pode ser usado também para gerar imagens de circuitos integrados, componentes ópticos, raios x, elementos armazenados em meios de comunicação e outras superfícies críticas.

O Microscópio de Força Atômica é, até o momento, o microscópio mais potente do mundo, mostrando-nos imagens fantásticas, como a da superfície de uma amostra de silício apresentada abaixo:

Imagem de microestrutura de Silício gerada com Microscópio de Força Atômica (AFM)
Imagem de microestrutura de Silício gerada com Microscópio de Força Atômica (AFM)

* Imagem com direitos autorais: Dikiiy/Shutterstock.com.


Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça
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