原子間力顕微鏡(AFM)の測定モードとは？

原子間力顕微鏡（AFM）では、観察するサンプルに合わせて測定モードを選ぶことができます。そのサンプルの特性や目的に合わせて最適な測定モードを選ぶことが大切です。

原子間力顕微鏡(AFM)の基本の測定モード

原子間力顕微鏡（AFM）では、測定する物体に合わせて、測定モードを選択することができます。原子間力顕微鏡（AFM）の測定モードは大きく分けて2つ、「コンタクトモード」と「ダイナミックモード」です。両者の主な違いは、サンプルに接触するか否か。かつての主流はコンタクトモードでしたが、近年では、ダイナミックモードがメインになっています。

原子間力顕微鏡
（AFM）のメーカーで
おすすめ3選を見る

原子間力顕微鏡(AFM)の測定モードの主な応用例

原子間力顕微鏡（AFM）では、「コンタクトモード」と「ダイナミックモード」をベースにした応用テクニックを用いることで、形状だけでなく、電流や電位、硬さ、粘弾性など、様々な表面情報を得ることができます。その代表的なものとして、試料性質を知る位相モード、吸着力や緩和力を測定するフォースカーブ、表面の磁気情報取得する磁気力モードが挙げられます。

そのほか、表面の粘性や弾性を画像化するフォースモジュレーションモード、試料の局所的な抵抗率を反映した画像を得る電流モード、試料表面の電位を測定する表面電位モードなどがあります。

位相モード

もともとの加振信号の位相に対して、カンチレバー振動の検出信号の位相が、どれだけ遅れたかを検出。この遅れによって、試料表面の特性の違いが画像化されます。吸着が小さかったり、表面が硬い場合には、位相の遅れは小さくなり、吸着が大きかったり、表面が軟らかい場合には、位相の遅れは大きくなります。そのため、形状だけではわからない表面物性の違いを見たり、高分子ブレンドポリマーの相分離構造の解析の際に有効です。

フォースカーブ

探針と試料の距離を変えながらカンチレバーのたわみ量を測定して、探針と試料間の距離と、カンチレバーに働く力の関係を記録した曲線から計測するモードです。フォースカーブを測定することで、引力・吸着力・試料の硬さなどの相互作用を観察することができます。カンチレバーの詳細な選定や特性のチェックなどに用いられることもあります。

磁気力モード(MFM)

MFM（磁気力顕微鏡法）とも呼ばれる観察方法。尖端が磁化した探針を共振周波数付近で振動させて、試料から一定の距離を保った位置を走査すると、試料表面から漏れた磁場によって探針が斥力や引力を受け、カンチレバーの振幅や位相が変化します。この変化量を検出することで、試料表面の磁気情報を画像化させる方法です。

下記のリンクでは、カンチレバーやピエゾ素子、スキャナなどに関わる「原子間力顕微鏡(AFM)」の基礎知識もまとめていますので、AFMの比較・検討時に、ぜひご参考ください。

原子間力顕微鏡(AFM)とは？
原理と仕組みをチェック

ニーズに合った測定モードを設定することの重要性

原子間力顕微鏡（AFM）では、観察対象となるサンプルに合わせて様々な測定モードを使い分けることができます。そのサンプルは硬いのか軟らかいのか、動きやすいものなのかなど、試料自体の特性はもちろん、サンプルの何を計測したいのか、どんな情報を取得したいのかというように、目的に合わせて最適なモードを選ぶことで、より詳細で正確な数値を得ることができます。サンプル計測を最適化するためにも原子間力顕微鏡（AFM）にはどのような測定モードがあるのかを知り、正しく設定して使用することが重要です。

このほか当サイトでは、AFMが活用されている研究分野や、具体的な活用事例を取材して紹介しています。導入を検討される際は、以下のリンクもチェックしてみてください。

研究者が選ぶ、高分解能の
原子間力顕微鏡(AFM)の魅力