中古分析機器、原子間力顕微鏡（AFM）の販売、在庫紹介

## 原子間力顕微鏡（AFM）の特徴

原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope: AFM）は、試料の表面形状をナノメートル単位の極めて高い分解能で観察・計測できる走査型探針顕微鏡の一種です。一般的な光学顕微鏡や電子顕微鏡とは異なり、光や電子線を用いずに、探針と試料表面の間に働く微小な力（原子間力）を利用して三次元像を形成します。

AFMの最大の強みは、測定対象の電気的特性や測定環境に対する制約が少ない点にあります。走査型電子顕微鏡（SEM）や走査型トンネル顕微鏡（STM）では、試料に導電性が必要であったり、高真空環境下での測定が必須であったりすることが多く見られます。一方、AFMは絶縁性の試料であっても前処理なしでそのまま観察が可能です。

さらに、真空中だけでなく大気中や液体中といった多様な環境下で動作させることができます。特に水溶液中での観察が可能な点は、生体分子や細胞などを生きた状態に近い環境で構造解析できる唯一無二のアドバンテージとなっています。また、単なる表面形状の可視化にとどまらず、局所的な硬さ、弾性率、摩擦力、表面電位といった物性情報を同時にマッピングできる点も大きな特徴です。

## 原子間力顕微鏡（AFM）の仕組み

AFMは、先端に非常に尖った針（探針：プローブ）が付いた板バネ状の構造体である「カンチレバー」を用いて試料表面を走査します。

探針が試料表面に数十ナノメートルまで接近すると、探針先端の原子と試料表面の原子との間に物理的な相互作用力が働きます。極めて近い距離では反発力（斥力）、少し離れると引き合う力（引力）が発生し、これらの力を受けることでカンチレバーが上下に微小なたわみを生じます。

このたわみ量を高精度に検出するために、一般的に「光レバー方式」と呼ばれる検出系が用いられます。半導体レーザー光をカンチレバーの背面に照射し、その反射光を分割型フォトダイオードで捉えます。カンチレバーが僅かでも傾くと反射光の到達位置が変化するため、ナノメートル以下の微小な変位を感度良く検出できます。

測定時には、探針と試料の距離を制御するピエゾ素子（圧電体）を用い、カンチレバーのたわみ量や振動状態が一定になるように上下方向の位置を調整しながら、水平方向に走査します。この制御信号（高さ情報）を画像化することで、試料表面の三次元形状データが得られます。

主な動作モードには、探針を常に接触させて走査する「コンタクトモード」と、カンチレバーを振幅させて試料表面を軽く叩くように走査する「ダイナミックモード（タッピングモード）」があり、試料の柔らかさや目的に応じて使い分けられます。

## 原子間力顕微鏡（AFM）の用途

AFMは、半導体、材料科学、バイオテクノロジーなど、幅広い分野でナノスケールの評価ツールとして活用されています。

半導体・電子デバイス分野では、シリコンウェハや各種薄膜の表面粗さ評価、微細加工パターンの三次元形状測定に使用されます。また、微小領域の電気特性（電流分布や表面電位）を計測するモードを用いることで、デバイス内部のキャリア分布や局所欠陥の特定にも寄与しています。

高分子・材料科学分野では、ポリマーブレンドの相分離構造の観察や、複合材料における異なる成分の分散状態・硬さ分布の解析が行われます。材料表面の摩擦特性や力学物性をナノレベルで評価できるため、新素材の開発や機能性表面の設計に不可欠です。

バイオ・医学分野では、水溶液中においてDNA、タンパク質、脂質二重膜などの構造や自己組織化プロセスのリアルタイム観察に用いられます。生きた細胞の表面形状の観察や、探針で細胞を押し込むことによる細胞膜の硬さ（剛性）計測など、病理研究や創薬支援に向けた応用が急速に進んでいます。