Détection de la force d’interaction pointe-surface
Imagerie de surface de polymères : microscopie à force atomique

La détection de la force d’interaction interatomique se fait par l’intermédiaire d’un ressort à l’extrémité duquel se trouve la pointe. L’influence des interactions pointe-surface sur la déflexion du ressort est représentée (figure 1).

Dans la position A, l’échantillon se trouve à grande distance de la pointe : le ressort ne subit aucune déflexion car la force d’interaction est nulle. Quand on approche l’échantillon à une distance de l’ordre de 10-100 nm de la pointe, le ressort est alors soumis aux forces de longue portée telles que les forces de Van der Waals, les forces électrostatiques ou magnétiques. Sous l’effet des forces attractives de Van der Waals par exemple, le ressort va se courber vers la surface. Si on continue de déplacer verticalement l’échantillon vers la pointe, on observe un saut brusque de la pointe vers la surface (position B) quand l’ensemble pointe-surface se trouve dans l’air, ce qui est généralement le cas. Dans l’air, la surface est recouverte d’un mince film d’eau (d’épaisseur comprise entre 2,5 et 50 nm suivant le taux d’humidité ambiant) et la pointe est soumise aux forces attractives de capillarité (d’intensité égale à 10^–8 N). Une fois la pointe au contact de la surface, si on continue de déplacer l’échantillon vers le haut, la courbure du ressort va progressivement changer de signe ; dans la position C, l’interaction interatomique pointe-surface est répulsive et le ressort se courbe vers le haut. Si, maintenant, on éloigne l’échantillon de la pointe, on constate que la pointe adhère à la surface (position D) et que le ressort est courbé vers la surface. Cette adhésion a deux origines : la force adhésive entre la pointe et la surface et la force de capillarité. Si on continue d’éloigner l’échantillon, la pointe va alors quitter brusquement la surface et la déflexion du ressort devient nulle (position E). Le scénario précédent montre clairement que la nature attractive ou répulsive de la force exercée sur la pointe influe sur le sens de déflexion du ressort : en mesurant la déflexion du ressort, on peut donc atteindre la valeur de la force qui agit sur la pointe. La variation de la force d’interaction en fonction de la distance pointe-surface est représentée figure 2.

L’hystérésis prononcé sur la figure ...