용어의 정의

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AFM이나 STM과 같은 원자현미경은 작은 탐침을 기계적으로 움직여서 시료의 형상을 측정한다. 그렇기 때문에 외부 세계와 기계적으로 연결된 탐침이 들어갈 수 없는 세포 안쪽이나 해면구조 등의 3차원 형상은 측정이 불가능 하다. 광자힘 현미경 (photonic force microscope)은 기계적으로 연결된 탐침 대신 작은 (100~400 nm) 형광 구슬(fluorescent bead)을 레이저 초점을 이용한 광집게(optical tweezer)로 잡아 사용한다. 그림 1과 같이 광집게를 이용하여 형광 구슬을 잡은 후 시료가 고정된 X-Y 스캐닝 스테이지(Scanning Stage)를 움직이면 형광 구슬이 시료의 표면에 접촉하면서 광집게가 잡고 있던 형광 구슬의 위치가 변하게 된다. 광집게의 스프링 상수(spring constant)는 보통 AFM 캔틸레버보다 1/1000 정도로 작기 때문에 시료 표면은 거의 변형되지 않는다. 레이저 빔이 형광 구슬에 의해 산란된 정도를 4분원 포토다이오드(Quadrant Photodiode)로 측정하고 형광구슬에서 나온 형광을 광 배율기(photon multiplier)로 측정하면서 형광구슬이 시료표면을 따라가도록 시료를 x-y scanner로 움직이면시료 표면의 3차원적 형상을 얻을 수 있다. 기계적인 연결이 아닌 광집게 효과를 사용하기 때문에 그림 2와 같이 시료 내부의 형상을 측정해 낼 수도 있다. 현재 PFM은 대략 1 나노미터 이하의 공간적 해상도와 1 마이크로초의 시간적 해상도를 가진다.