原子間力顕微鏡の分解能

🧠 AFMの分解能は波長回折ではなく、探針形状tip geometry探針形状（tip geometry）tip geometry（探針形状）、探針–試料相互作用（tip–sample interaction）、フィードバック、雑音によって決まる。

AFM分解能を制限する因子

垂直分解能vertical resolution 垂直分解能（vertical resolution）vertical resolution（垂直分解能） は非常に高い一方、横方向分解能lateral resolution 横方向分解能（lateral resolution）lateral resolution（横方向分解能） は探針先端半径 tip radius 探針先端半径（tip radius） tip radius（探針先端半径） との畳み込み（convolution）で悪化しやすい。尖った探針でも試料形状との幾何学的重畳を避けられない。

flowchart TD
  A["有限半径探針で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='scanning'>走査</span>"]
  B["試料形状と畳み込み"]
  C["拡大された見かけの構造を記録"]
  A --> B
  B --> C

横方向と高さ方向の分解能

高さ測定は比較的正確でも、狭い溝や急峻 steep (dose gradient) 急峻（steep (dose gradient)） steep (dose gradient)（急峻） な側面は探針が届かず形が歪む。

探針形状による像の畳み込み

AFMでは探針走査 scanning 走査（scanning） scanning（走査） とフィードバックが高さを再構成する。光学顕微鏡light microscopy, LM 光学顕微鏡（light microscopy, LM）light microscopy, LM（光学顕微鏡） の回折限界とは異なり、主な制限は探針半径と信号雑音である。

• 探針先端半径tip radius 探針先端半径（tip radius）tip radius（探針先端半径） が小さいほど横方向分解能 lateral resolution 横方向分解能（lateral resolution） lateral resolution（横方向分解能） 向上。
• 熱振動thermal vibration 熱振動（thermal vibration）thermal vibration（熱振動） と機械的雑音 mechanical noise 機械的雑音（mechanical noise） mechanical noise（機械的雑音） が力検出感度 force sensitivity 力検出感度（force sensitivity） force sensitivity（力検出感度） を制限。
• 同じ構造を異なる探針で再現確認することが重要。

医学・測定への応用

細胞表面の粗さや分子集合体の寸法評価では探針アーチファクト artifact アーチファクト（artifact） artifact（アーチファクト） を考慮する。

AFMは単一分子の化学構造を分解でき、分子・細胞生物学では画像化と操作を両立する計測 measuring 計測（measuring） measuring（計測） 法として用いられる。¹²

まとめ

• AFMの分解能は波長回折ではなく、探針形状tip geometry探針形状（tip geometry）tip geometry（探針形状）、探針–試料相互作用、フィードバック、雑音によって決まる。
• 探針先端半径tip radius 探針先端半径（tip radius）tip radius（探針先端半径） が小さいほど横方向分解能 lateral resolution 横方向分解能（lateral resolution） lateral resolution（横方向分解能） 向上。
• 細胞表面の粗さや分子集合体の寸法評価では探針アーチファクト artifact アーチファクト（artifact） artifact（アーチファクト） を考慮する。