AFMの基礎と金属表面が重要な理由

可視光を超える試料表面のプロービングには何が使えるだろうか？電子ビームは、光学顕微鏡よりも何桁も大きな強力な倍率を得るのに理想的である。しかし、ナノメートル（nm）やサブナノメートルの解像度を扱う場合、解像力は最終的な言葉ではない。これは、分子スケールのイメージング・ソリューションに関して、研究者が選択の余地を失っているためでもある。

金属表面の形態学的特性と地形学的特性の両方を評価したいとします。電子顕微鏡は、相構造、結晶粒径などの詳細な洞察を提供できる。一方、走査型プローブ顕微鏡（SPM）は、金属表面がナノスケールでトポグラフィ的に均一であっても、3次元表面構造に関するより深い洞察を提供することができる。あなたはどの技術を選びますか？

今日、包括的な試料分析には、電子ビームと物理走査プローブが併用されることが多く、選択の煩わしさから解放されます。

AFM：基本

原子間力顕微鏡(AFM)は、走査プローブ技術に基づく最も一般的な顕微鏡法である。AFMは、平滑度の高い表面の微細な地形変化まで解像することで、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡（SEM/TEM）を補完する。さらに、AFMは、粘着性、弾性、磁性、剛性など、さまざまな組成の品質を解像することができる。そのためには、特殊なプローブチップと、高いS/N比を実現する精密に設計された基板を使用する必要がある。

簡単な例を挙げよう：AFMは、機能化された金属表面への自己組織化単分子膜（SAM）印刷の品質を評価するための有用な方法であることが確認されている。これらのユニークな有機分子は、分子間および分子基板-分子間の相互作用に基づく吸着によって、表面に自発的に集合する。AFMはその後、印刷パラメーターを評価し、1分子以内のパターン誤差を検出することができる。しかし、この卓越したレベルの精度を実現するには、超平坦な基材（通常は金のような金属表面）が必要である。

テンプレート剥離された金属表面

AFMの文脈では、平坦とは原子スケールで局所的に均一であることを意味する。エピタキシーやフレームアニールといった従来の製造方法では、この品質を達成するのは容易ではない。このような製造法でもそれなりの平坦性は得られるが、それは表面積が2マイクロメートル（μm）以下のフレークに限られる。²)であり、これは法外に小さな基板に相当する。ほとんどの用途では、これよりも大きな金属表面が必要とされる。

テンプレート・ストリッピングは、雲母ガラスや研磨シリカの自然な平坦性を、金のような金属表面で再現するために使われる新しい技術である。ガラス／シリコンチップ上に接着中間体を堆積させ、均一な金薄膜でテンプレートをコーティングする。下地基板の大面積オングストローム・スケールの均一性が金属表面にも反映され、原始的な設計トポグラフィーを持つ高機能金基板が得られる。

これにより、研究者は、基板の不均一性や望ましくない表面-チップ相互作用による干渉を無視して、原子レベルでの材料の特性評価に必要な超高分解能を達成することができる。SAMの評価を超えて テンプレート・ストリップ 金属表面は、単一分子イメージング、DNA折り紙、2次元材料の特性評価などに理想的であることが証明されている。

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