میکروسکوپ نیروی اتمیAFM

تاریخچه
گرد کارلبینیگ(GerdKarlBinnig) براساس طراحی های قبلی که با همکاری هاینرک روهرر (Heinrich Rohrer ) ، در آزمایشگاه تحقیقاتی زوریخ IBM، در جهت طراحی و ساخت میکروسکوپ تونلیروبشی، صورت داده بود، در سال 1986 میلادی با همکاری کلوین کوایت (CalvinQuate )و کریستف گربر (Christoph Geber) از دانشگاه استانفورد میکروسکوپ نیرویاتمی(AFM)،را ارائه نمود. هدف او از این کار اندازه گیری نیروهای بسیار ناچیز (کمتر از1µN  )، بین نوک سوزن AFM و سطح نمونه مورد بررسی بود. پس ازآنکه در سال 1981 میلادی ، میکروسکوپ تونلی رویشی (STM= scanning tunneling microscope) بوسیله گرهارد بینیگ (Gerd Binnig) و هاینرک روهرر (Heinrich Rohrer) اختراع شد، تلاشهای بسیاری بر اساس آن،در جهت توسعه روش های مشخصه یابی در مقیاس نانوصورت پذبرفت. درسال 1986، گرهاردبینیگ، بر اساس تجربیاتی که از ساخت میکروسکوپ تونلی روبشی بدست آورده بود، باهمکاری کلوین کوات و کریستف گربر از دانشگاه استنفورد، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را اختراع نمودند. تولیدات تجاری اینمحصولات، با میکروسکوپSTM درسال 1987میلادی ومیکروسکوپهایAFM،در 1989 میلادی کلید خورد. به دنبال اختراع STM و سپس AFM، تلاشهای بسیاری جهت مطالعه مورفولوژی وساختار سطوح و فصل مشترک آن ها صورت گرفت و در بازه کوتاهی از زمان، بسیاری دیگراز ابزارهای شناسایی با مبانی مشابه درعملکرد، تحت عنوان کلی میکروسکوپ های پروبیروبشی، ساخته و به جهان علم ارائه گردیدند[3-5].
اندازه‌گيريمورفولوژي سطوح نقش مهمي را در توليد، جهت كنترل فرايند توليد و تاييد محصول نهاييايفا مي‌كند، كه مي‌توان با انواع ابزارهاي كه داراي قابليت‌هاي و محدوديت‌هايمتفاوت‌اند از جمله ميكروسكوپ نيروي اتميAFM  و ميكروسكوپ تونل زني روبشي STM ، انجام شود.

مقدمه
اسپکتروسکوپی نیروی اتمی یک تکنیک اندازه‌گیری بر اساس روش اپتیکی است و گاهی اوقات قطبیت و قدرت برهم کنش بین تیپ و نمونه را کنترل می‌کند. اگرچه برهم کنش تیپ و نمونه ممکن است تحت عنوان انرژی مطالعه شود، کمیتی که اندازه‌گیری می‌شود نیروی بین تیپ و نمونه است و بنابراین اسپکتروسکوپی نیرو نامیده می‌شود. برخلافتصویربرداری، اسپکتروسکوپی نیرو اساساً زمانی انجام می‌شود که لوپ فیدبک غیرفعال است. اسپکتروسکوپی نیرو به طور گسترده‌ای در هوا، مایع و محیط های کنترل شده مختلف استفاده می‌شود، که ممکن است شامل تیپ های عامل دار شده برای مطالعه‌ی برهم کنش‌های خاص مولکول‌های کانجوگه شده باشد.
به منظوراندازه‌گیری کمی نیروهای برهم کنشی لازم است که سختی خمشی (یا ثابت پیچش)کانتلیور AFM با بالاترین دقت ممکن محاسبه شود. 
همانطور که درشکل مشخص شده است، در اسپکتروسکوپی نیرو تیپ وکانتیلیور به عنوان سنسور نیرو عمل می کند

دامنه کاربرد میکروسکوپ نیروی اتمی
در حالی که میکروسکوپ تونلی روبشی، تنها می تواند جهت مطالعه سطوحی که از لحاظ الکتریکی درجاتی از رسانایی دارند، استفاده شود، میکروسکوپ های نیروی اتمی می توانند جهت مطالعه هر نوع سطح مهندسی استفاده شوند؛ بنابراین می توان از آن جهت مطالعه انواع مواد رسانا، نیمه رسانا و نارسانا استفاده نمود.

امروزه AFM،یک کاوشگر سطحی محبوب برای اندازه گیری های توپوگرافیک و محاسبه نیروهای عمودی درمقیاس میکرو تا نانو شناخته شده است.
همچنین از این دستگاه مشخصه یابی، می توان برای مطالعه خراش و سائیدگی و نیز اندازه گیری خواص مکانیکی الاستیک و پلاستیک (از قبیل میزان سختی جسم در برابر جسم فرو رونده (indentation hardness ) ومدول الاستیسیته) استفاده نمود.

AFM در بسیاری از مطالعات، جهت نوشتار،دستکاری و جابجایی اتمهای منفرد زنون، مولکولها ، سطوح سیلیکونی و پلیمری بکارگرفته شده اند. به علاوه این میکروسوپ ها جهت انواع نانولیتوگرافی و تولیدنانوساختارها و نانوماشینکاری استفاده شده اند.

میکروسکوپ های نیروی اتمی که برای اندازه گیری نیروهای عمودی و جانبی، طراحی شده اند، میکروسکوپ های نیروی جانبی(LFM)، یا میکروسکوپ های نیروی اصطکاکی (FFM)نامیده می شوند. دسته ای از FFM ها از توانایی اندازه گیری نیروهای جانبی در دو جهت متعامد برخوردارند . تعدادی از تحقیقات، طراحی هایAFM و FFM رااصلاح کرده و بهبود داده است و این سیستمهای بهبود داده شده، جهت اندازه گیری چسبندگی و اصطکاک و نیروهای پیوندی در سطوح جامد و مایع در مقیاس نانو و میکرو بکار می روند.

  سیستم دستگاهی میکروسکوپ روبشی نیروی اتمی
میکروسکوپ روبشی نیروی اتمیAFM سطح نمونه را توسط یک سوزن تیز، به طول 2میکرون و غالبا قطر نوک کمتر از 10 نانومتر آنالیز می کند. سوزن در انتهای آزاد یک کانتیلور(انبرک= cantilever) به طول حدود 100 تا 450میکرون قرار دارد.
نیروهای بین سوزن و سطح نمونه باعث خم شدن یا انحراف کانتیلور شده و یک آشکارساز میزان انحراف کانتیلور را در حالیکه سوزن سطح نمونه را روبش می کند یا نمونه در زیر سوزن روبش می شود، در سیستم هایی که نمونه حرکت روبشی را انجام می دهد، اندازه می گیرد. میتوان از انحراف کانتیلور برای ورودی یک مداربازخورد استفاده کرد که روبشگر پیزو را در مواجهه با توپوگرافی سطح نمونه به گونه ای در جهت z بالاو پایین می برد که میزان انحراف کانتیلور ثابت بماند. اندازه گیری انحرافات کانتیلور به کامپیوتر امکان تولید تصویر توپوگرافی سطح را می دهد.

آشکارسازی موقعیت کانتیلور 
در اغلب AFM هاییکه امروزه عرضه می شود، موقعیت کانتیلور را با استفاده از روشهای اپتیکی تعیین میگردد
یک اشعه لیزریبه پشت کانتیلور به سمت یک آشکارساز نوری حساس به موقعیت (PSPD= Position-sensitive photo detrector)منعکس می شود.با خم شدن کانتیلور محل اشعه لیزر روی آشکارساز تغییر کرده و PSPD میتواند جابجایی به کوچکی 10 آنگستروم(1 نانومتر) را اندازه گیری کند. نسبت فاصله بین کانتیلور و آشکارساز به طولکانتیلور به عنوان یک تقویت کننده مکانیکی عمل می کند. در نتیجه سیستم می تواندحرکت عمودی کمتر از آنگستروم نوک کانتیلور را اندازه گیری کند. روشی دیگر جهتآشکار سازی انحراف آشکارساز بر مبنای تداخل اپتیکی می باشد. 
یک تکنیک بسیارظریف دیگر جهت آشکارسازی، ساختن کانتیلور از یک ماده پیزومقاومتی (piezoresistive) است به گونه ای که انحراف را بصورت سیگنال الکتریکی آشکار کند. در مواد پیزوی مقاومتی، تنش ناشی از تغییر فرم مکانیکی باعث تغییر مقاومت الکتریکی ماده می شود. برای آشکارسازی پیزومقاومتی نیازی به اشعه لیزر و PSPD نیست.وقتی کهAFM انحراف کانتیلور را آشکار کرد، می تواند اطلاعات توپوگرافی را در دو حالت ارتفاع ثابت یانیروی ثابت تولید کند.

حالات کاری میکروسکوپ روبشی نیروی اتمی

اجزاءکلی میکروسکوپ نیروی اتمی و عملکرد آنها.
میکروسکوپ روبشی نیروی اتمی AFM سطح نمونه را توسط یک سوزن تیز، به طول 2 میکرون و غالبا قطر نوک کمتر از 10 نانومتر آنالیز می‌کند. سوزن در انتهای آزاد یک انبرک (کانتیلور=(cantilever  به طول حدود 100 تا 450میکرون قرار دارد.
نیروهای بین سوزن و سطح نمونه باعث خم شدن یا انحراف کانتیلور شده و یک آشکارسازمیزان انحراف کانتیلور را در حالیکه سوزن سطح نمونه را روبش می‌کند یا نمونه درزیر سوزن روبش می‌شود، در سیستم‌هایی که نمونه حرکت روبشی را انجام می‌دهد، اندازهمی‌گیرد. میتوان از انحراف کانتیلور برای ورودی یک مدار بازخورد استفاده کرد که روبشگر پیزو را در مواجهه با توپوگرافی سطح نمونه به گونه‌ای در جهت z بالا و پایین می‌برد که میزان انحراف کانتیلور ثابت بماند. اندازه گیری انحرافات کانتیلور به کامپیوترامکان تولید تصویر توپوگرافی سطح را می‌دهد.

بلاک دیاگرام حلقه بازخوردی میکروسکوپهایAFM . متغیرهای KP،تناسب بدست آمده،Ki، انتگرال بدست آمده، Kd،مشتق بدست آمده و e،میزان خطاست.
یک اشعه لیزری به پشت کانتیلور به سمت یک آشکارساز نوری حساس به موقعیت (PSPD= Position-sensitive photo detrector)  منعکس می‌شود. با خم شدن کانتیلور محل اشعه لیزر روی آشکارساز تغییر کرده و PSPD میتواندجابجایی به کوچکی 10 آنگستروم (1 نانومتر) را اندازه‌گیری کند. نسبت فاصله بین کانتیلور و آشکارساز به طول کانتیلور به عنوان یک تقویت‌کننده مکانیکی عمل می‌کند.در نتیجه سیستم می‌تواند حرکت عمودی کمتر از آنگستروم نوک کانتیلور را اندازه‌گیریکند. روشی دیگر جهت آشکار سازی انحراف آشکارساز بر مبنای تداخل اپتیکی می‌باشد.
یک تکنیک بسیار ظریف دیگر جهت آشکارسازی، ساختن کانتیلور از یک ماده پیزومقاومتی (piezoresistive) است، به گونه‌ای که انحراف را بصورت سیگنال الکتریکی آشکار کند. در مواد پیزوی مقاومتی، تنش ناشی ازتغییر فرم مکانیکی باعث تغییر مقاومت الکتریکی ماده می‌شود. برای آشکارساز یپیزومقاومتی نیازی به اشعه لیزر و PSPD نیست.وقتی که AFM انحراف کانتیلور را آشکار کرد، می‌تواند اطلاعات توپوگرافی را دردو حالت ارتفاع ثابت یانیروی ثابت تولید کند.
حالت استاتیکی
در حالت استاتیکی کانتیلور در فاصله کمتر از چند آنگستروم از سطح نمونه قرار داده می شود. نیروی بین اتمی بین کانتیلور و نمونه نیروی دافعه است. سوزن به انتهای کانتیلوری با ثابت فنر کم (کمتر از ثابت فنر مؤثری که اتمهای نمونه را بهم متصل می کند)، وصل شده است و تماس فیزیکی ملایمی با نمونه برقرار میکند. هنگامی که روبشگر سوزن را به آرامی روی سطح نمونه روبش می کند، نیروی استاتیکی باعث خم شدن کانتیلور می شود تا بتواند تغییرات توپوگرافی سطح را دنبال کند.

با نزدیک کردن اتم ها، ابتداآنها یکدیگر را بطور ضعیفی جذب می کنند. این جاذبه افزایش می یابد تا جائیکه آنقدراتمها بهم نزدیک می شوند که ابرهای الکترونی آنها بصورت الکترواستاتیکی شروع به دفع یکدیگر می کنند. با کاهش فاصله بین اتمی، این دافعه الکترواستاتیکی بطورفزاینده ای نیروهای جاذبه را تصعیف می کند.
وقتی که فاصله بین اتمها به یک یا دو آنگستروم، حدود طول یک پیوند شیمیایی، می رسد، نیرو صفر می شود. درنتیجه نیروی دافعه واندروالس تقریبا با هر نیرویی که بخواهد اتمها را به هم نزدیکتر کند، مقابله می نماید. در چنین فاصله هایی کانتیلور از طریق سوزن به نمونه فشار می آورد و به جای اینکه اتمهای سوزن به اتمهای نمونه نزدیکتر شوند، کانتیلور خم می گردد. در صورت وجودکانتیلور خیلی مقاوم نیروی زیادی به روی نمونه اعمال می گردد و احتمالا سطح نمونه تغییر فرم می یابد که در نانولیتوگرافی (nanolithography )مورداستفاده قرار می گیرد.

حالت ارتفاع ثابت
در حالتی که ارتفاع روبشگر پیزو در حین روبش ثابت است،تغییرات انحراف کانتیلور می تواند مستقیما برای تولید اطلاعات توپوگرافی استفادهشود. از این حالت، اغلب برای ایجاد تصاویر در مقیاس اتمی از سطوحی که در حد اتمیمسطح هستند، استفاده می گردد. در اینجا انحرافات کانتیلور و بنابراین تغییرات درنیروی اعمالی، کوچک است. حالت ارتفاع ثابت برای ثبت تصاویر همزمان (Real time) سطوح در حال تغییر، که سرعت بالای روبش ضروری است، مورد نیاز است.
حالت نیروی ثابت
می توان از انحراف کانتیلور برای ورودی یک مدار بازخورداستفاده کرد که روبشگر پیزو را در مواجهه با توپوگرافی سطح نمونه به گونه ای درجهت z بالاو پایین می برد که میزان انحراف کانتیلور ثابت بماند. در این مورد، تصویر از حرکت روبشگر پیزو تولید می شود. با ثابت نگهداشتن انحراف کانتیلور، کل نیروی اعمالی برنمونه ثابت خواهد بود. در حالت نیروی ثابت، سرعت روبش با زمان واکنش مدار بازخوردمحدود می شود، ولی کل نیروی اعمالی توسط سوزن بر نمونه به خوبی کنترل می گردد.برای بسیاری از کاربردها، حالت نیروی ثابت ترجیح داده می شود.
انواعنیروهای موجود در عملیات روبش
میکروسکوپ های نیروی اتمی در حین کار با نیروهایی نظیر نیروهای کوتاه برد، الکترواستاتیک، موئینگی و ... روبرو هستند. بعنوان مثال در زیر به دونیرویی که علاوه بر نیروی دافعه واندروالس، در حین عملیاتAFM استاتیکی حضور دارند، اشاره می شود:

نیروی اعمالی توسط کانتیلور
نیرویی که توسط خود کانتیلور اعمال می شود، مانند نیروی یک فنر فشرده است. اندازه و علامت (جاذبه یا دافعه) نیروی کانتیلور به انحراف کانتیلور و ثابت فنر آن بستگی دارد.

نیروی موئینگی (capillary) 
نیروی موئینگی معمولا توسط لایه نازک آب(که ممکن است ازرطوبت محیط ناشی گردد) اعمال می شود. نیروی موئینگی هنگامی بوجود می آید که لایه ای از آب دور سوزن ایجاد گردد. در این حالت نیروی جاذبه قوی حدود   (8-)10 نیوتن را پدیدار می شود که در این حالت سوزن را در تماس با سطح نگه می دارد. بزرگی نیروی موئینگی به فاصله سوزن تا نمونه بستگی دارد. تا زمانی که سوزن با نمونه تماس دارد،نیروی موئینگی ثابت می باشد. همچنین فرض میشود که لایه آب تقریبا همگن است.

در نتیجه نیروی متغیر درAFM استاتیکی باید توسط نیروی دافعه واندروالس جبران گردد. اندازه نیروی کل اعمال شده بر نمونه از(8-)10 نیوتن ( در شرایطی که تقریبا آب سوزن رابه طرف نمونه می کشد و کانتیلور آن را از نمونه می راند) تا محدوده معمول تر  (6-)10 تا  (7-)10  نیوتنتغییر می کند.
حالت دینامیکی
میکروسکوپ های نیروی اتمی دینامیکی، یکی از چند تکنیک کانتیلور ارتعاشی (vibrating) استکه در آن کانتیلور AFM درنزدیکی سطح نمونه ارتعاش می کند. در حالت دینامیکی کانتیلور در فاصله چند ده تا چند صد آنگستروم از سطح نمونه قرار داده می شود و دراین حالت نیروی بین اتمی بین کانتیلور و نمونظ(عمدتابه دلیل برهمکنشهای واندروالس دوربرد(Long-range))،نیروی جاذبه است. فاصله حدود چند ده تا چند صد آنگستروم در منحنی واندروالس، به عنوان منطقه دینامیکی یا جذبی مشخص شده است.

در حالت دینامیکی سیستم کانتیلور را در نزدیکی فرکانسرزونانس آن (400-100 هرتز) و دامنه چند دهم آنگستروم می لرزاند. سپس تغییرات فرکانس رزونانس یا دامنه لرزش با نزدیک شدن سوزن به سطح نمونه اندازه گیری می شود.حساسیت این روش، دستیابی به قدرت تفکیک عمودی زیر آنگستروم تصویر را (مانند AFM های استاتیکی) فراهم می کند.

رابطه بین فرکانس کانتیلور و تغییرات توپوگرافی نمونه را میتوان بدین گونه توضیح داد:
فرکانس رزونانس کانتیلور متناسب با جذر ثابت فنر آن تغییر میکند. علاوه بر این ثابت فنر کانتیلور با گرادیان اعمال نیرو بر کانتیلور تغییر میکند. بالاخره گرادیان نیرو که از منحنی نیرو در برابر فاصله مشتق می شود، با فاصله سوزن تا نمونه تغییرمی کند. بنابراین تغییر فرکانس رزونانس کانتیلور می تواند به عنوان معیاری برای تغییر نیرو استفاده شود که به نوبه خود تغییرات فاصله تا نمونه (یا توپوگرافی نمونه) را منعکس می کند.
در حالت AFM دینامیکی ، سیستم، فرکانس رزونانس یا دامنه ارتعاش کانتیلوررا اندازه گیری می کند و آن را به کمک یک سیستم بازخورد که روبشگر پیزو را بالا وپایین می برد، ثابت نگه می دارد.
با ثابت نگهداشتن فرکانس رزونانس یا دامنه، سیستم متوسط فاصله سوزن تا نمونه را نیز ثابت نگه می دارد. همانند AFMاستاتیکی(در حالت نیروی ثابت)، حرکت روبشگر پیزو برای تولیداطلاعات استفاده می شود. 

مزایا و معایب حالات استاتیکی و دینامیکی
مزایای میکروسکوپ های نیروی اتمی دینامیکی بدین صورت می باشدکه توپوگرافی نمونه بدون تماس یا با تماس خیلی کم بین سوزن و نمونه اندازه گیری میشود. کل نیروی بین سوزن و نمونه در حالت دینامیکی بسیار کم است(معمولا حدود  (12-)10 نیوتن).این نیروی کم مزیتی، برای مطالعه نمونه های نرم یا الاستیک به شمار می رود. همچنیننمونه هایی مانند ویفرهای سیلیسی (Silicon wafers ) از طریق تماس با سوزن آلوده نمی شوند. از طرف دیگر به دلیل اینکه نیروی بین سوزن و نمونه در حالت دینامیکی کم است، اندازه گیری آن مشکل تر ازنیروی چندین بار بزرگتر حالت استاتیکی است. 
علاوه بر این کانتیلور های استفاده شده برای AFMهای دینامیکی باید نسبت به کانتیلور های AFMهای استاتیکی سفت تر باشند، زیرا کانتیلور نرم می تواند به طرف سمت سطح نمونه کشیده شده و در تماس با آن قرار گیرد. از طرفی، حالت دینامیکی برای اندازه گیری نمونه های نرم بر حالت استاتیکی ترجیح داده می شود.
مقدار کم نیرو و سفت بودن کانتیلورها، در حالت دینامیکی، هردو عواملی هستند که سیگنال AFM دینامیکیرا کوچک می کنند. از همین رو اندازه گیری تغییرات در سیگنال مشکل است و نیاز به یکروش آشکارسازی AC حساسمی باشد.
در مورد حالت دینامیکی، مشکل از بین رفتن سوزن یا نمونه، که گاهی بعد از اسکنهای فراوان توسط حالت استاتیکی مشاهده می شود، وجود ندارد.
در مورد نمونه های صلب ممکن است تصاویر AFM استاتیکی و دینامیکی به یک گونه بنظر برسند. ولی اگر برایمثال چند لایه آب روی سطح یک نمونه صلب میعان کرده باشد، ممکن است تصاویر AFM کاملا متفاوت باشند.

 انواع روش‌های تصویربرداریدر AFM

روش تماسی (Contact mode)

در روش تماسی، نوک پروپ به نمونه تماس پیدا می‌کند و نیروی دافعه بین اتم‌های سطح نمونه و نوک پروپ، نیروی غالب در این روش است. در این روش، نیروی اعمالی به نوک پروپ ثابت است. با استفاده از دنبال کردن انحرافات به وجود آمده در تیرک در اثر حرکت سوزن میکروسکوپ روی سطح نمونه، ‌می‌توان ساختاری از سطح نمونه را به دست آورد.

روش غیرتماسی (non-contact mode)

در روش غیرتماسی، تیرک در فرکانسی نزدیک به فرکانس طبیعی خود با دامنه‌ای در حد چند آنگستروم لرزش می‌کند و نوک پروپ بسیار نزدیک به نمونه بوده و نیروی جاذبه بین اتم‌های سطح نمونه و نوک پروپ، نیروی غالب است. تغییرات در نیروهای اتمی بین تیرک و سطح ماده را می‌توان از تغییرات دردوره‌ی تناوب فرکانس طبیعی تیرک متوجه شد. با کاهش فاصله‌ی نوک پروپ با سطح نمونه که منجر به افزایش نیرو می‌شود، دامنه‌ی نوسان تیرک کاهش می‌یابد. با استفاده ازدنبال کردن تغییرات دوره تناوب فرکانس طبیعی تیرک می‌توان ساختاری از سطح نمونه رابه دست آورد.

روش شبه تماسی(semi-contact mode)

در این روش تصویربرداری نیز مثل همانروش تماسی است. این روش برای تصویربرداری مایعات، هوا و بویژه برای نمونه‌های نرم مورد استفاده قرار می‌گیرد. حد تفکیک در این روش مشابه با مد تماسی است با اینویژگی که نیروی جانبی اضافی وارد شده به نمونه کمترین آسیب را به نمونه وارد می‌کند.

 سطح زیر آن راتصویر کند، در حالیکه در حالت AFM دینامیکی،سطح مایع را تصویر می کند.

کاربردهای اسپکتروسکوپی

اندازه‌گیری های کشش نیروی برهم کنش‌هایبین مولکولی و درون مولکولی:

برخی از کاربردهای رو به رشداسپکتروسکوپی نیرو شامل روشی است که به عنوان کشش نیرو شناخته می‌شود. AFMنیروها را اندازه می‌گیرد و از این اندازه‌گیری‌ها می‌توان انرژی‌های پیوند برهمکنش‌های بین دو مولکول (بین مولکولی) یا بین بخش‌های مختلف یک مولکول (درون مولکولی) را استخراج کرد.

 گاهی اوقات آزمایشات بین مولکولی، شامل یک مولکول سومی می‌شود که به عنوان لینک عمل می‌کند. یک انتهای اینمولکول به تیپ AFM متصل است و انتهای دیگر به یکی از دو مولکول مورد نظر. مولکول دوم روی سطح قرار دارد.

کاربردهای کشش نیرو گسترده و در حالرشد هستند. برای مثال در بیولوژی و بیوشیمی این کاربردها دانش ما را در زمینه‌‍ ی زیر توسعه داده‌اند.

• ماکرومولکول‌ها چگونه ساخته می‌شوند.
• بیومولکول‌ها چگونه خود تجمع می‌شوند.
• چطور می‌توان سنسورهای بیومولکولی منفرد ساخت.
• چطور بیماری‌های عفونی ویروسی در سطح مولکولی عمل می‌کنند.

اسپکتروسکوپی نیرو از طریق اتصال غیراختصاصی یک راه ساده و آسان برای مطالعه‌ی برهم کنش های مولکولی است.

نتیجه گیری
در میکروسکوپ نیرو اتمی نیروی بین سوزن روبشگر و سطح نمونه که باعث خم شدن کانتیلور می شود، توسط آشکارساز اندازه گیری می شود. از این میکروسوپ ها علاوه بر اینکه می توان جهت انواع نانولیتوگرافی و تولید نانوساختارهاو نانوماشینکاری استفاده کرد، برای مطالعه خواص مکانیکی، سایش یا خراش و ...نیزبکار می روند. این میکروسکوپ ها با دو حالت کاری استاتیکی(تماسی) و دینامیکی(غیرتماسی) کار می کنند. در حالت استاتیکی، کانتیلور در فاصله کم از سطح نمونه قراردارد که هنگام روبش سوزن روی سطح نمونه، نیروی استاتیکی باعث خم شدن کانتیلور میشود. در این حالت نیروی بین کانتیلور و نمونه، نیروی دافعه است. حالت استاتیکی با دومد کاری ارتفاع ثابت و نیرو ثابت کار می کند. در حالت دینامیکی، فرکانس رزونانسکانتیلور می تواند به عنوان معیار تغییر نیرو(یا تغییر فاصله سوزن تا نمونه)استفاده شود. در این حالت نیروی اتمی بین کانتیلور و نمونه، از نوع جاذبه است. دراین حالت بعلت عدم تماس با نمونه های نرم، تخریبی ایجاد نمی شود اما نسبت به حالت تماسی، سرعت روبش کمتری دارد.