परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र का स्रोत देखें

[[चित्र:AFMimageRoughGlass20x20.png|thumb|250px|right|काँच की सतह का [[स्थलाकृति|<span title="topography">स्थलाकृतिक]] प्रतिबिंब</span>]]

'''परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र''' (atomic force microscope, AFM), जिसे क्रमवीक्षण बल [[सूक्ष्मदर्शी|सूक्ष्मदर्शी यंत्र]] (scanning force microscope, SFM) भी कहा जाता है, एक अति-विभेदनशील यंत्र है, जो [[नैनो]]मीटर के अंशों से भी सूक्ष्म स्तर तक दिखा सकता है, जो कि प्रकाशिक सूक्ष्मदर्शीओं की तुलना में १००० गुना बेहतर हैं। प्रकाशिक सूक्ष्मदर्शी उनकी [[विवर्तन सीमा|<span title=" diffraction limited system">विवर्तन सीमा</span>]] से सीमित हो जाते हैं। इन्हे अगुआ किया [[गर्ड बिन्निग]] और [[हैन्रिक रोह्रेर|हैन्रिक रोह्रर]] के बनाये [[अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="scanning tunneling microscope">अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]] (STM) नें, जिसके लिये उन्हे १९८६ में [[नोबेल पुरस्कार]] से सम्मानित किया गया। बिन्निग, [[कैल्विन केट]] और [[क्रिस्टॉफ गर्बर]] नें १९८६ में पहले AFM का विकास किया। आज नैनो स्तर पर प्रतिबिंबन, मापन और दक्षप्रयोग में यह यंत्र महत्वपूर्ण भुमिका निभा रहा है। इस यंत्र को सूक्ष्मदर्शी कहना ठीक नहीं है, क्योंकि यह यंत्र एक यांत्रिक अन्वेषिका के प्रयोग से सतह को छूकर प्रतिबिंब बनाता है। [[पैजोविद्युत]] तत्वों के प्रयोग से बहुत ही सूक्ष्म स्तर पर नियंत्रण हो पाता है।

== मूल सिद्धांत ==

[[चित्र:Atomic force microscope block diagram.svg|left|thumb|परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र का खंड आरेख]]
[[चित्र:AFM (used) cantilever in Scanning Electron Microscope, magnification 1000x.GIF|left|thumb|परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र में बाहुधारक (प्रयोग के बाद), आवर्धन 1,000 x]]
[[चित्र:AFM (used) cantilever in Scanning Electron Microscope, magnification 3000x.GIF|left|thumb|परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र में बाहुधारक (प्रयोग के बाद), आवर्धन 3,000 x]]
[[चित्र:AFM (used) cantilever in Scanning Electron Microscope, magnification 50000x.GIF|left|thumb|परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र में बाहुधारक (प्रयोग के बाद), आवर्धन 50,000 x]]
परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र में [[सूक्ष्म (उपसर्ग)|मैक्रोस्तर]] पर [[बाहुधारक|<span title="cantilever">बाहुधारक</span>]] के एक तरफ की तीक्ष्ण नोक से नमूने का क्रमवीक्षण किया जाता है। बाहुधारक की नोक [[सिलिकॉन]] या [[सिलिकॉन नैट्रेड]] से बनाया जाता हैं, जिसका अर्द्ध व्यास कुछ [[अर्बि-|नैनोमीटर]] के करीब होता है। इस नोक को जब नमूने के पास तक लाया जाता है, तो बाहुधारक का [[हुक सिद्धांत|<span title="Hooke's law">हुक सिद्धांत</span>]] के तहत [[परिक्षेपण|<span title="deflection">विक्षेपण</span>]] होता है। स्थिति के अनुसार सूक्ष्मदर्शी में यांत्रिक संस्पर्श बल, [[वॉन डर वॉल बल|<span title="Vaan der val forces">वॉन डर वॉल बल</span>]], [[कोशिका
 बल|<span title="Capillarity">केशिका बल</span>]], [[रासायनिक आबंध|रासायनिक बन्धन]], [[वैद्युतस्थैतिक बल|<span title="Coulomb's law, electrostatic forces">वैद्युतस्थैतिक बल</span>]], [[चुम्बकिय बल]], [[कैसिमिर बल|<span title="Casimir effect">कैसिमिर बल</span>]], [[घोलाकर्षण|<span title="solvation">घोलाकर्षण</span>]], इत्यादि।<!--As well as force, additional quantities may simultaneously be measured through the use of specialised types of probe (see [[Scanning probe microscopy#SThM]], [[photothermal microspectroscopy]], etc.).-->
सामान्यतः लेज़र बिन्दु को बाहुधारक पर से [[फोटो डायोड|<span title="Photo Diode">फोटो डायोडों</span>]] के सारणी पर परावर्तित किया जाता है - बाहुधारक के उतार-चढ़ाव को इस तरह जाना जाता है। अन्य विधियों का प्रयोग भी हो रहा है, जैसे की [[प्रकाशिक भौतिकी|<span title="Optical">प्रकाशिक</span>]] [[इन्टरफैरोमेटरी|<span title="interferometry">इन्टरफैरोमेटरी</span>]], [[संधारित्|<span title="capacitive">संधारितत्विक</span>]] [[संकेतक|<span title="sensors">संकेतन</span>]], [[पैजो़प्रतिरोधक|<span title="piezoresistive">पैजो़प्रतिरोधक</span>]] बाहुधारक।<!--These cantilevers are fabricated with piezoresistive elements that act as a [[strain gauge]]. Using a [[Wheatstone bridge]], strain in the AFM cantilever due to deflection can be measured, but this method is not as sensitive as laser deflection or interferometry.-->

अगर नोक को नियत ऊँचाई पर रखा जाये तो इसके भिड कर नष्ट हो जाने का डर होगा - इसलिये नोक से सतह की दूरी को [[नकारात्मक प्रतिपुष्‍टि|<span title="negative feedback">नकारात्मक प्रतिपुष्टि</span>]] के द्वारा ठीक किया जाता है।

सामान्यतः, बाहुधारक के ''x'' और ''y'' दिशाओं में चालन [[क्रमवीक्षण|<span title="scan">क्रमवीक्षण</span>]] के लिये होता है और ''z'' दिशा संकेतन के लिये। तिपाई विन्यास में तीन [[पैजो़|<span title="Piezo">पैजो़</span>]] [[क्रिस्टल|<span title="crystal">क्रिस्टल</span>]] का प्रयोग तीनों दिशाओं के लिये होता है, जिससे नमूने के [[स्थलाकृति|<span title="topography">स्थलाकृति</span>]] को जाना जा सकता है।<!--The AFM can be operated in a number of modes, depending on the application. In general, possible imaging modes are divided into static (also called Contact) modes and a variety of dynamic (or non-contact) modes.-->

== प्रतिबिंबन के प्रकार ==
प्राथमिक तौर पर दो प्रकार की प्रणालियों का प्रयोग होता है - स्थैतिक और गतिक। स्थैतिक प्रणाली (static mode) में स्थिर नोक के विक्षेपण के प्रति सूचना का प्रयोग होता है। स्थैतिक सन्केत [[रव|<span title="noise">रव</span>]] और विसामान्यता प्रवण होते हैं, इसलिये कोमल बाहुधारकों का प्रयोग किया जाता है। नोक के पास आकर्षक बल शक्तिशाली होते हैं, जिससे नोक नमूने से चिपक सकता है - इसलिये सामान्यतः इसे प्रतिरोधात्मक परिस्थितियों में ही प्रयोग में लाया जाता है (जिसके कारण इसे स्पर्श प्रणाली (contact mode) भी कहते हैं)।

गतिक प्रणाली (dynamic mode) में बाहुधारक को [[दोलन|<span title="oscillation''>दोलानवित</span>]] किया जाता है उसके [[अनुनाद|<span title="resonance">अनुनादन</span>]] [[आवृत्ति|<span title="frequency">आवृति</span>]] पर। नोक-नमूने के बीच के अंतःक्रिया से दोलन के [[आयाम|<span title="amplitude">आयाम</span>]], [[प्रावस्था|<span title="phase">प्रावस्था</span>]] और आवृति में बदलाव आता है, जो पैमाना होता है नमूने की सतह का। इसे [[आयाम अधिमिश्रण|<span title="amplitude modulation">आयाम अधिमिश्रण</span>]], [[प्रावस्था अधिमिश्रण|<span title="phase modulation">प्रावस्था अधिमिश्रण</span>]] या [[आवृति अधिमिश्रण|<span title="frequency modulation">आवृति अधिमिश्रण</span>]] कहा जाता है। आवृति अधिमिश्रण के लिये कडे बाहुधारक का प्रयोग किया जाता है - इन्हे सतह के काफी समीप तक रखे जाने की क्षमता के करण ये अति-निर्वात परिस्थितियों में पहले पारुमाणिक स्थरिय सूक्ष्मयंत्र कहलाये जा सकते हैं (Giessibl)।

आयाम अधिमिश्रण की मदद से सतह पर विभिन्न तरह के पदार्थों को पहचाना जाता है। <!--In amplitude modulation, changes in the [[phase (waves)|phase]] of oscillation can be used to discriminate between different types of materials on the surface. Amplitude modulation can be operated either in the non-contact or in the intermittent contact regime. In ambient conditions, most samples develop a liquid meniscus layer. Because of this, keeping the probe tip close enough to the sample for short-range forces to become detectable while preventing the tip from sticking to the surface presents a major hurdle for the non-contact dynamic mode in ambient conditions. Dynamic contact mode (also called intermittent contact or tapping mode) was developed to bypass this problem (Zhong et al). In dynamic contact mode, the cantilever is oscillated such that it comes in contact with the sample with each cycle, and then enough restoring force is provided by the cantilever spring to detach the tip from the sample.

[[Amplitude]] modulation has also been used in the non-contact regime to image with atomic resolution by using very stiff cantilevers and small amplitudes in an ultra-high vacuum environment.-->

== बल-दूरी मापन ==
प्रतिबिंबन के सिवाय, परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र का महत्वपूर्ण उपयोगिता बल-दूरी वक्र रेखा बनाने में है। यहाँ यंत्र के नोक को सतह के पास लाया जाता है और दूर ले जाया जाता है। इससे हो रहे पैजो़ आहटों से नैनोस्केल मापन, [[वॉन डर वॉल बल|<span title="Vaan der val forces">वॉन डर वॉल बल</span>]], [[रासायनिक आबंध|रासायनिक बन्धन]], [[कैसिमिर बल|<span title="Casimir effect">कैसिमिर बल</span>]], [[घोलाकर्षण|<span title="solvation">घोलाकर्षण</span>]], इत्यादि को मापा जाता है। आज [[पिको-|<span title="pico">पिको</span>]]-[[न्यूटन (इकाई)|<span title="Newton">न्यूटन</span>]] शक्ति के बलों को 0.1 नैनोमीटर स्थर पर मापन किया जा रहा है।

<!--Problems with the technique include no direct measurement of the tip-sample separation and the common need for low stiffness cantilevers which tend to 'snap' to the surface. The snap-in can be reduced by measuring in liquids or by using stiffer cantilevers, but in the latter case a more sensitive deflection sensor is needed. By applying a small [[dither]] to the tip, the stiffness (force gradient) of the bond can be measured as well (Hoffmann et al.).
-->

== सतह पर एकल अणुओं का अभिज्ञान ==

परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र से अणुओं का प्रतिबिंबन और प्रहस्तन कई प्रकार के सतहों में किया जा रहा है। भौतिक वैज्ञानिक ऑस्कर कस्टैन्स (ओसाका विश्वविध्यालय, जापान) और उनके अन्य साथियों ने [[सिलिकॉन|सिलिकन]], [[टिन|त्रपु]] और [[सीसा]] अणुओं को कुधातु के सतह पर पहचानने की तकनीक को विकसित किया है (''नेचर'' 2007, 446, 64), जो इस सिद्धांत पर काम करता है कि यंत्र की नोक के ठीक नीचे वाले अणु का प्रभाव अणु के प्रकार पर निर्भर करता है। उदाहरणार्थ, सिलिकन त्रपु और सीसे की तुलना में २३% और ४१% कम प्रतिक्रियण करता है यंत्र की नोक से।

ऐसी ही तकनीक का प्रयोग हो रहा है [[कोशिका]] [[जीव विज्ञान|जीवविज्ञान]] में। <!--(i) the unbinding of receptor ligand couples-->प्रोटीन के खुलनें और कोशिकाओं के अभिलाग के अध्ययन में इसका प्रयोग हुआ है।

== फायदे और नुकसान ==

[[चित्र:Atomic Force Microscope Science Museum London.jpg|right|thumb|पहला परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र]]
साधारण इलैक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की तुलना में परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र के कई फायदे हैं। 
* ये त्रि-आयामी प्रतिबिंब बनाती हैं, जहाँ इलैक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी द्वि-आयामी प्रतिबिंब बनाती हैं
* नमूने पर किसी भी प्रकार के उपचार की जरूरत नहीं पडती। इससे नमूने के खराब होने की सम्भावना ही नहीं रहती
* इलैक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के चालन के लिये जिस तरह के कीमती सूक्ष्म निर्वात प्रबन्ध की जरूरत होती है, उसकी जरूरत यहाँ नहीं पडती। अधिकांश परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र खुली हवा में, यहाँ तक की द्रवों में भी प्रयोग में लाये जाते हैं। इसलिये इनका प्रयोग [[विशाल अणुकणिका रसायन शास्त्र|विशाल अणुकणिकाओं]] और जीवित [[जीव|जीवों]] में भी किया जाता है
* इनकी विभेदन शक्ति इलैक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की तुलना में कई गुना बहतर है, जो आणुविक स्थर पर भी काम कर सकती है। अति-निर्वात परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र की तुलना [[अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="Scanning Tunneling Microscopy">अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]] और [[प्रेषक इलैक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी|<span title="Transmission Electron Microscopy">प्रेषक इलैक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी</span>]] से की जा सकती है

कुछ खामियाँ
* [[अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="Scanning Tunneling Microscopy">अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]] की तुलना में एक खामी यह है कि ये वर्ग [[मिली]]मीटर के क्षेत्र और कई मिलीमीटर की गहराई की तुलना में सिर्फ १५० वर्ग [[सूक्ष्म (उपसर्ग)|मैक्रोमीटर]] क्षेत्रफल और कुछ ही मैक्रोमीटर की गहराई तक क्रमवीक्षण कर सकती हैं
* यंत्र के नोक के गलत चयन से गलत प्रतिबिंबों का उतपाद हो सकता है
* परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र धीमे होते हैं [[अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="Scanning Tunneling Microscopy">अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]] की तुलना में <!--The relatively slow rate of scanning during AFM imaging often leads to thermal drift in the image (Lapshin, 2004, 2007), making the AFM microscope less suited for measuring accurate distances between artifacts on the image. However, several fast-acting designs were suggested to increase microscope scanning productivity (Lapshin and Obyedkov, 1993) including what is being termed videoAFM (reasonable quality images are being obtained with videoAFM at video rate - faster than the average SEM). To eliminate image distortions induced by thermodrift, several methods were also proposed (Lapshin, 2004, 2007).-->
* इन प्रतिबिंबों में [[पैजो़विद्युत]] पदार्थों में [[शैथिल्य|<span title="hysteresis">शैथिल्य</span>]] और (x,y,z) धुरीओं के बीच मिश्रित वार्ता के प्रभावों को कम करनें के लिये [[सॉफ्टवेयर|<span title="software">सॉफ्टवेयर</span>]] और [[निस्पंदक|<span title="filter">निस्पंदक</span>]] का प्रयोग होता है। इन्हे कम करनें के कई तरीके ढूंड लिये गये हैं। <!--Such filtering could "flatten" out real topographical features. However, newer AFM use real-time correction software (for example, [[feature-oriented scanning]], Lapshin, 2004, 2007) or closed-loop scanners which practically eliminate these problems. Some AFM also use separated orthogonal scanners (as opposed to a single tube) which also serve to eliminate cross-talk problems.-->
* इनकी बनावट के करण इनका प्रयोग खड़ी ढालों और लटके ढांचों में नहीं किया जा सकता। महंगे बहुधारकों का निर्माण हुआ है जो इस खामी को कुछ हद तक कम करती हैं

== और देखें ==
<!--*[[Tapping AFM]]-->
* '''[http://nanovigyan.wordpress.com/page/2/ परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र पर हिन्दी लेख]'''
* [[घर्षण बल सूक्ष्मदर्शिकी|<span title="Friction force microscope">घर्षण बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]]
* [[अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="scanning tunneling microscope">अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]]
* [[अवलोकन अन्वेषिका सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="Scanning probe microscopy">अवलोकन अन्वेषिका सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]]
* [[अवलोकन वोल्टता सूक्ष्मदर्शी यंत्र|<span title="Scanning voltage microscopy">अवलोकन वोल्टता सूक्ष्मदर्शी यंत्र</span>]]
* [[श्रेणी:नैनोप्रौद्योगिकी|श्रेणी:नैनोतकनीकी]]
* [[:श्रेणी:सूक्ष्मदर्शी यंत्र]]

== उल्लेख ==
* A. D L. हम्फरिस, M. J. मैल्स, J. K. हॉब्स, [http://www.infinitesima.com/downloads/pdf/APL_paper.pdf यांत्रिक सूक्ष्मदर्शी: तेज गति परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080307215437/http://www.infinitesima.com/downloads/pdf/APL_paper.pdf |date=7 मार्च 2008 }}, व्यावहारिक भौतिकी पत्र 86, 034106 (2005).
* D. Sarid, अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र, Oxford Series in Optical and Imaging Sciences, Oxford University Press, New York (1991)
* R. Dagani, सतह पर एकल अणु, रासायन & यांत्रिकी समाचार, 5 मार्च 2007, page 13. अमरीकी रासायनिक संगति द्वारा प्रकाशित
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* J. W. Cross ''[http://www.mobot.org/jwcross/spm/ SPM - अवलोकन अन्वेषिका सूक्ष्मदर्शी यंत्र वेबसाइट]''
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* F. Giessibl, परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र में प्रगति, आधुनिक भौतिकी समीक्षा 75 (3), 949-983 (2003).
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* R. V. Lapshin, [http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#analytical1995 अवलोकन टनलिंग सूक्ष्मदर्शी यंत्र में शैथिल्य लूप का निकटागमन पर प्रतिरूप], वैज्ञानिक उपकरणों की समीक्षा, vol. 66, no. 9, pp.&nbsp;4718–4730, 1995.
* P. West, [www.AFMUniversity.org परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र पर भूमिका: सिद्धांत, अभ्यास और प्रयोग]
<!--*R. V. Lapshin, [http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#feature2004 Feature-oriented scanning methodology for probe microscopy and nanotechnology], Nanotechnology, vol. 15, iss. 9, pp. 1135-1151, 2004.
*R. V. Lapshin, [http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#automatic2007 Automatic drift elimination in probe microscope images based on techniques of counter-scanning and topography feature recognition], Measurement Science and Technology, vol. 18, iss. 3, pp. 907-927, 2007.
*R. H. Eibl, First measurement of physiologic VLA-4 activation by SDF-1 at the single-molecule level on a living cell. In: Advances in Single Molecule Research for Biology and Nanoscience. Hinterdorfer P, Schuetz G, Pohl P (Editors),Trauner, ISBN (2007).
*R. W. Carpick and M. Salmeron, [http://dx.doi.org/10.1021/cr960068q Scratching the surface: Fundamental investigations of tribology with atomic force microscopy], Chemical Reviews, vol. 97, iss. 4, pp. 1163-1194 (2007).-->

[[श्रेणी:तकनीकी और अभियान्त्रिकी]]
[[श्रेणी:जीव विज्ञान]]
[[श्रेणी:भौतिकी]]
[[श्रेणी:चिकित्सा पद्धति]]
[[श्रेणी:सूक्ष्मदर्शी यंत्र]]