Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 05/06/2006 14:44 (GMT+7)

Tìm hiểu kính hiển vi nguyên tử lực

Kính hiển vi nguyên tử lực (AFM - Atomic Force Microscopy) lần đầu tiên được chế tạo thành công năm 1986 bởi Gerd Binnig, Calvin Quate và Christoph Geber, kết quả của sự hợp tác giữa IBM và Đại học Stanford. Vào mùa thu năm 1985, Binnig và Geber đã sử dụng một cần quét (cantilever) để khảo sát những bề mặt cách điện. Một mũi dò nhỏ được gắn ở phần cuối của cần quét, nó tỳ lên bề mặt mẫu trong quá trình quét. Lực giữa đầu dò và mẫu được đo theo độ lệch của cần quét. Điều này được thực hiện bởi việc quan sát dòng tunnel (dòng hiệu ứng đường ngầm) ở đỉnh của một đầu dò thứ hai đặt phía trên cần quét.

Thiết bị đầu tiên do Binnig phát minh là một đầu dò tunnel được đặt trên bề mặt phủ kim loại của cần quét. Hệ thống này làm cơ sở cho một kính hiển vi quét đường ngầm (STM - Scanning Tunneling Microscope), xác định độ lệch của cần quét. Về sau, người ta đã áp dụng các kỹ thuật quang học để nâng cao sự tiện dụng của AFM. Trong các phương pháp quang học thì phương pháp giao thoa là nhạy nhất, nhưng ở mức độ nào đó, nó phức tạp hơn phương pháp phản xạ chùm tia do Meyer và Amer nghĩ ra. Phương pháp phản xạ chùm laser hiện nay được sử dụng rộng rãi dựa trên kết quả nghiên cứu của Alexander và các cộng sự. Trong hệ này, một chùm tia laser được phản xạ từ bề mặt gương của cần quét đến một photodetector (thiết bị dò cảm biến quang học) rất nhạy. Trong sự bố trí này, một độ lệch nhỏ của cần quét sẽ làm xê dịch chùm phản xạ và thay đổi vị trí của chùm trên photodetector. Một hệ quang học thứ ba, được phát minh bởi Sarid, sử dụng cần quét như một trong những tấm gương của diode laser, ở đây, chuyển động của cần quét gây nên sự ảnh hưởng mạnh đến tia laser phát ra. Tùy theo theo tương tác giữa đầu dò và bề mặt mẫu, AFM có thể được phân loại theo các chế độ hoạt động tiếp xúc hoặc không tiếp xúc. Ở chế độ tiếp xúc, lực giữa đầu dò và bề mặt mẫu là lực đẩy, còn ở chế độ không tiếp xúc, đó là lực hút.

  Tổ hợp kính hiển vi quét đầu dò nguyên tử lực và dòng tunnel được GS. TSKH. Nguyễn Xuân Hoài và các cộng sự chế tạo đã đạt được những tính năng cơ bản và độ tin cậy qua những thử nghiệm. Thiết bị này cũng đã chứng minh được khả năng thực tế rất hiệu quả khi được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc nano TiO2, chụp ảnh các virus cà chua và virus cây bông, quan sát nhiều mẫu vật liệu và mẫu sinh học khác. Kính hiển vi của GS Hoài tuy chưa phải là đi đầu về sự tiên tiến so với thế giới nhưng đã cho thấy khả năng làm chủ công nghệ của Việt Nam , điều đó được dựa trên sự tâm huyết và ý thức lao động khoa học thực sự. 

Đầu dò nguyên tử quét trên một bề mặt với các cơ chế hồi tiếp, các cơ chế này cho phép các bộ quét áp điện duy trì ở đầu dò một lực không đổi (để thu được thông tin về độ cao) hoặc một độ cao không đổi (để thu được thông tin về lực). Các đầu dò thường được làm từ Si 3N 4hoặc Si.

Các AFM điển hình sử dụng một hệ photodetector mà trong đó đầu dò được gắn với bên dưới của một cần quét phản xạ. Một tia laser được chiếu vào mặt phản xạ của cần quét. Khi đầu dò quét lên bề mặt mẫu, do sự mấp mô, nó sẽ rung động theo trục z, chùm laser phản xạ trên cần quét sẽ bị xê dịch tương ứng với rung động đó. Đặc trưng dao động của chùm laser phản xạ sẽ được hệ thống photodetector ghi lại và chuyển thành tín hiệu điện thế. Tín hiệu điện thế lại được xử lý và diễn giải theo chiều cao z đặc trưng cho tính chất địa hình của mẫu. Quá trình hồi tiếp sự khác nhau về tín hiệu giữa những cảm biến quang học, qua sự xử lý của phần mềm máy tính, cho phép duy trì hoặc  là một lực không đổi, hoặc là một độ cao không đổi trên bề mặt mẫu.

Ở chế độ lực không đổi, bộ chuyển đổi áp điện thực hiện việc quan sát sự xê dịch về độ cao theo thời gian thực để sao cho lực giữa mẫu và đầu dò có thể được giữ gần như không đổi. Ở chế độ tiếp xúc, đầu dò luôn được tiếp xúc với bề mặt mẫu. Các lực căng bề mặt và lực tĩnh điện có vai trò đẩy đầu dò về phía bề mặt. Chế độ này có thể phá hủy các mẫu và làm biến dạng dữ liệu hình ảnh. Do đó, so với chế độ không tiếp xúc, chế độ tiếp xúc chịu ảnh hưởng rất mạnh của các lực ma sát và lực bám dính. Chế độ không tiếp xúc nói chung là cho hình ảnh có độ phân giải thấp và có thể bị gây nhiễu bởi các lớp tạp chất. Chế độ dao động tapping của AFM được phát triển như một phương pháp để thu được độ phân giải cao mà không gây nên các lực ma sát có hại. Thay vì việc đầu dò luôn được tiếp xúc với mẫu, nó sẽ "nhảy" ("tap") trên bề mặt với một lực nhất định theo tần số điều hòa của cần quét. Với kỹ thuật tapping này, cả các mẫu mềm và dễ vỡ đều có thể được quan sát một cách lý tưởng.

AFM trong sự so sánh với các thiết bị khác

Sơ đồ AFM
Sơ đồ AFM
Khái niệm về độ phân giải của AFM là khác với các kính hiển vi dùng các tia bức xạ, bởi vì AFM sử dụng kỹ thuật hình ảnh ba chiều. Rõ ràng là có một sự phân biệt cơ bản giữa các hình ảnh được xây dựng bởi quang học sóng và các kỹ thuật quét dò.

1. Kính hiển vi quét đường ngầm

Trong một số trường hợp, độ phân giải của STM là tốt hơn AFM, do sự phụ thuộc hàm mũ của dòng tunnel vào khoảng cách. Sự phụ thuộc của lực vào khoảng cách trong AFM là phức tạp hơn nhiều khi kể đến hình dạng đầu dò và lực tiếp xúc. STM nói chung là chỉ áp dụng được với đối với các mẫu dẫn điện, trong khi đó AFM áp dụng được cho cả các vật dẫn và vật cách điện. Hơn nữa, AFM có được ưu điểm là điện thế và khoảng cách giữa đầu dò với mặt nền có thể được điều khiển một cách độc lập, trái lại, ở STM, hai tham số này lại phụ thuộc vào nhau.

2. Kính hiển vi quét điện tử

So với kính hiển vi quét điện tử (SEM - Scanning Electron Microscope), AFM cung cấp những phép đo độ cao trực tiếp về địa hình của mẫu và những hình ảnh khá rõ ràng về những đặc trưng bề mặt mẫu (không cần lớp bao phủ mẫu).

3. Kính hiển vi điện tử truyền qua

So với kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - Transmission Electron Microscope), các hình ảnh AFM ba chiều có thể thu được mà không cần chuẩn bị mẫu quá phức tạp, nó cho thông tin đầy đủ hơn nhiều so với các hình ảnh mặt cắt hai chiều của TEM.

Nguồn: Tạp chí Tia sáng, số 10, 20/05/2006

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

Thủ tướng mong muốn đối tác quốc tế không chỉ đầu tư, sản xuất tại Việt Nam mà cùng kiến tạo chuỗi giá trị mới
Phát biểu tại Diễn đàn Kinh tế mùa Thu 2026, Thủ tướng Lê Minh Hưng khẳng định Việt Nam mong muốn các đối tác quốc tế không chỉ đầu tư, sản xuất tại Việt Nam mà cùng nghiên cứu, phát triển công nghệ, đổi mới sáng tạo và kiến tạo những chuỗi giá trị mới.
Tạo động lực tăng trưởng xanh từ khoa học, công nghệ
Chính phủ Việt Nam nhiều lần khẳng định quan điểm "không đánh đổi môi trường lấy tăng trưởng kinh tế". Trong bối cảnh đó, việc giải quyết hài hòa mối quan hệ giữa yêu cầu tăng trưởng nhanh và bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu thông qua các giải pháp khoa học, công nghệ đang trở thành yêu cầu cấp thiết hiện nay.
Hội nghị Đoàn Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam lần thứ nhất (khóa IX)
Chiều 28/10, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức Hội nghị Đoàn Chủ tịch lần thứ nhất (khóa IX), nhiệm kỳ 2026 - 2031. Hội nghị tập trung thảo luận, đóng góp ý kiến vào các dự thảo văn bản nền tảng quan trọng, đánh giá kết quả hoạt động từ sau Đại hội IX, đồng thời đề ra nhiệm vụ trọng tâm đến cuối năm 2026.
Hội nghị BCH Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tháng 10/2026: Tập trung lãnh đạo, chỉ đạo triển khai các nhiệm vụ trọng tâm
Sáng 28/10, tại Hà Nội, Đảng ủy Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) tổ chức Hội nghị Ban Chấp hành Đảng bộ nhằm đánh giá kết quả công tác tháng 10, xác định nhiệm vụ trọng tâm tháng 11/2026 và triển khai một số nội dung quan trọng liên quan đến công tác xây dựng Đảng.
GS.VS. Châu Văn Minh: Tăng cường kết nối khoa học, nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe nhân dân
Ngày 25/10/2026, tại Hà Nội, GS.VS. Châu Văn Minh, Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam), đã tham dự và phát biểu tại Hội nghị khoa học “Cập nhật các tiến bộ mới trong quản lý bệnh tiêu hóa và gan mật”, kết hợp kỷ niệm 8 năm thành lập Viện Nghiên cứu và Đào tạo Tiêu hóa, Gan mật.
TECHFEST Việt Nam 2026 đưa sản phẩm công nghệ đến gần người dân
TECHFEST Việt Nam 2026 sẽ diễn ra tại Hà Nội từ ngày 13 đến 15/11, khu vực hồ Hoàn Kiếm và phố đi bộ là trung tâm với mô hình không gian mở, đưa các hoạt động trình diễn công nghệ, triển lãm sản phẩm khởi nghiệp và kết nối đầu tư đến gần hơn với người dân, doanh nghiệp, nhà đầu tư.
Liên hiệp Hội Thành phố Hồ Chí Minh và 7 giải pháp phát huy vai trò trí thức
Tư vấn, phản biện và giám định xã hội của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh là một hoạt động quan trọng nhằm phát huy trí tuệ, kinh nghiệm và trách nhiệm xã hội của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong quá trình hoạch định chính sách, quy hoạch và triển khai các chương trình, dự án phát triển.
Đề xuất giải pháp tăng cường vai trò kết nối của VUSTA với các Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện
Ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức hội thảo đề xuất các giải pháp đổi mới cơ chế phối hợp, phát huy tối đa tiềm năng của mạng lưới 92 Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện; khẳng định quyết tâm nâng tầm vai trò cầu nối của VUSTA, biến trí tuệ đội ngũ trí thức KH&CN thành những luận cứ khoa học tin cậy phục vụ các quyết sách của Đảng, Nhà nước và MTTQ.
Đưa tri thức số về bản, giúp người dân làm chủ công nghệ
Phổ biến kiến thức khoa học, kỹ thuật chỉ thực sự phát huy giá trị khi người dân có thể vận dụng vào đời sống. Từ hoạt động giảng dạy của chuyên gia Hội Mã số Mã vạch Việt Nam trong chương trình tập huấn “Người bản số” tại Lào Cai, có thể thấy rõ cách tiếp cận lấy kỹ năng thực hành, khả năng tự chủ và an toàn trên môi trường số làm trọng tâm.
VUSTA tập huấn nâng cao kiến thức, kỹ năng phòng cháy, chữa cháy và cứu nạn, cứu hộ tại cơ sở
Nhằm nâng cao nhận thức, trách nhiệm và kỹ năng xử lý tình huống cháy, nổ cho cán bộ, nhân viên làm việc tại tòa nhà, ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức tập huấn công tác phòng cháy, chữa cháy và cứu hộ, cứu nạn. Chương trình kết hợp phổ biến quy định pháp luật với hướng dẫn kỹ năng thực hành, góp phần chủ động phòng ngừa và hạn chế thiệt hại khi có sự cố xảy ra.