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El Microscopio de fuerza atómica (AFM, de sus siglas en inglés Atomic Force Microscope) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los piconewtons. Al rastrear una muestra, es capaz de registrar continuamente su topografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. La sonda va acoplada a un listón o palanca microscópica muy flexible de sólo unos200 µm. El microscopio de fuerza atómica ha sido esencial en el desarrollo de la nanotecnología, para la caracterización y visualización de muestras a dimensiones nanométricas ().


Diagrama de un microscopio de fuerza atómica

Microscopio óptico
El microscopio óptico es una herramienta muy útil para obtener imágenes de muestras orgánicas e inorgánicas, pero está limitado para una resoluciónde 1mm a 1 micra.
Microscopio electrónico
El microscopio electrónico tiene una resolución entre 1mm y 1nm. Es, por lo tanto, idóneo para la determinación de estructuras a nivel molecular y atómico. La resolución no está limitada por la difracción, pero sí por las lentes. El microscopio de campo cercano tiene una resolución todavía mayor: entre 1µm y 1Å.
TEM
El Microscopio electrónico detransmisión, tiene las siguientes características que lo hacen muy útil:
Resolución atómica.
Puede determinarse estructuras en 2 dimensiones.
Interacción electrones a electrones.
SEM
El Microscopio electrónico de barrido tiene las siguientes características:
Resolución atómica.
Requiere vacío.
Debe cubrirse a menudo el espécimen.
Permite características superficiales.
STM
El microscopio deefecto túnel (STM) es un instrumento que permite visualizar regiones de alta o baja densidad electrónica superficial, y de ahí inferir la posición de átomos individuales o moléculas en la superficie de una red. La “observación” atómica se ha vuelto una tarea común en muchos laboratorios debido al bajo costo de este tipo de microscopía en comparación con la microscopía electrónica.
Las técnicas demicroscopía de barrido por sondeo (SPM: Scanning probing microscopy) que incluyen al STM y al AFM se utilizan en áreas de la ciencia que van desde la biología hasta la física del estado sólido.
Consideraciones
Las muestras deben ser conductoras.
Algunas superficies parecen demasiado lisas al STM, la altura aparente o corrugación es de 1/100 a 1/10 diámetros atómicos.
Entonces, para resolverátomos individuales la distancia entre punta y muestra debe mantenerse constante a menos de 1/100 de diámetro atómico o hasta 0.002 nm., por ello el STM debe aislarse de las vibraciones.
Debe tomarse en cuenta que el resultado es una visualización que permite conocer características de la muestra.
No es una fotografía de los átomos en la superficie. Los átomos parecen tener superficies sólidas enlas imágenes de STM, pero en realidad no las tienen.
Sabemos que el núcleo de un átomo está rodeado de electrones en constante movimiento. Lo que parece una superficie sólida es en realidad una imagen de un conjunto de electrones.
Las imágenes también dependen de ciertos mecanismos de interacción punta-muestra que no se entienden bien hasta la fecha.
Aun cuando no necesita alto vacío para suoperación, es deseable para eliminar contaminación y además una cámara de vacío aísla de vibraciones externas.
Recientemente (4 de junio de 2007) un equipo liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha perfeccionado la técnica empleada por los microscopios atómicos. La nueva técnica, denominada Phase Imaging AFM, está basada en la microscopía de fuerzas, y permite realizarmedidas tanto en aire como en medios líquidos o fisiológicos. El desarrollo de esta técnica podría tener aplicaciones en áreas diferenciadas, como la biomedicina, la nanotecnología, la ciencia de materiales o estudios medioambientales.
Instrumentación


Diagrama de un microscopio de fuerza atómica
Los componentes de un AFM son:
Diodo láser: Fuerza normal, Fn=A+B-(C+D), y Fuerza lateral,...