அணுவிசை நுண்ணோக்கி

சந்தையில் விற்கப்படும் அணுவிசை நுண்ணோக்கியின் அமைப்பு

அணுவிசை நுண்ணோக்கியின் கருத்து விளக்கப்படம். அணுப் புறவிசையால் நீட்டுக்கோல் வளையும் பொழுது அதன் மீது படும் சீரொளி விலகும். அதனை ஓர் ஒளியுணர் இருமுனையக் கருவி (ஒளியீரி)(photodiode) அலசும். ஆய்வு செய்ய வேண்டிய பொருளை சிறிது சிறீதாக மிகத்துல்லியமாக நகர்த்த மின்தகைவுக் (piezoelectric) கருவிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

அணுவிசை நுண்ணோக்கி (Atomic force microscopy, AFM) அல்லது வருடு அணுவிசை நுண்ணோக்கி (scanning force microscopy (SFM)) என்னும் கருவி, ஒரு பொருளின் பரப்பின் மீது அமைந்துள்ள அணுக்களின் அடுக்கத்தைக் கூட துல்லியமாகக் காட்ட வல்ல நுண்ணோக்கிக் கருவி. மிகத் துல்லியமாக நானோமீட்டர் அளவைவிடச் சிறிய அளவில் அமைந்த அமைப்புகளைக்கூட காட்டவல்லது. ஒரு பொருளின் மீது ஒளிவீசி, ஒளியை வில்லைகளால் குவியச்செய்து பெரிதாக்கிக் காட்டவல்ல பொது ஆய்வக ஒளிநுண்ணோக்கிகளை விட ஆயிரக்கணக்கான மடங்கு பெரிதாக்கிக் கூர்மையுடன் (துல்லியத்துடன்) காட்டவல்லது.

அடிப்படையில் இது எவ்வாறு இயங்குகின்றது என்பதைக் கீழ்க்காணுமாறு எளிமைப்படுத்திக் கூறலாம். ஒருசில மில்லிமீட்டர் நீளம் கொண்ட நீண்ட தகடு போன்ற நீட்டுக்கோலின் (cantilever) முடிவில் மிகமிகக் கூர்மையான நுனியுடைய முள் போன்ற பகுதி ஒன்று பொருத்தப்பட்டிருக்கும். இந்த முள் பெரும்பாலும் சிலிக்கான படிகத்தால் ஆனது. நாம் ஆய்வு செய்ய வேண்டிய அல்லது நோக்க வேண்டிய பொருளின் மீது இந்த முள் போன்ற பகுதி தடவிச் செல்லுமாறு அமைக்கப்பட்டிருக்கும். அப்படி அக் கூர்நுனி தடவிச் செல்லும்பொழுது, தடவும் பொருளில் உள்ள அணுக்களுக்கும் கூர்மையான முள்ளில் உள்ள அணுக்களுக்கும் இடையே ஏற்படும் விசையால் நீட்டுக்கோல் வளையும். இந்த வளைசலைத் துல்லியமாக சீரொளி (லேசர்) கொண்டு அளக்கலாம். இப்படிப் பரப்பின் மீது உள்ள அணுக்களுக்கும் கூர்நுனி (முள்) அணுக்களுக்கும் இடையே விசைப்புலத்தால் நிகழும் வினைகளை (நீட்டுக்கோல் வளைவது போன்றவை) அளப்பதால் பரப்பின் அமைப்பைத் துல்லியமாக அறியலாம்.

அணுக்களுக்கிடையே அவற்றில் உள்ள எதிர்மின்னிகளாலும் கருவில் உள்ள நேர்மின்னிகளாலும் பல்வேறுவகையான மின்னியல், மின்காந்த விசைகளும், வாண்டர்வால் விசைகளும் (van der Waals forces), நுண்குழாய் விசைகளும் (capillary forces), மிக அரிதாக அறியப்படும் மிக நுட்பமான காசிமிர் விசைகளும் (Casimir forces) எனப் பல்வேறு விசைகளால் கூர்நுனி ஈர்ப்பு விசைக்கோ விலக்கு விசைக்கோ உட்படும். இதனால் வளையும் நீட்டுக்கோல் ராபர்ட் ஊக்கின் விதிப்படி வளைவைக்கொண்டு விசையைக் கணக்கிடலாம் ($\mathbf {F} =-k\mathbf {x} ,$).

 

Electron micrograph of a used AFM cantilever image width ~100 micrometers (top) and ~30 micrometers (bottom)