Schematisk av färg atomic force mikroskop. Kredit:2017 Hideki Kawakatsu, Kawakatsu Laboratory, Institutet för industrivetenskap, Tokyos universitet.
En fransk och japansk forskargrupp har utvecklat ett nytt sätt att visualisera atomvärlden genom att förvandla data som skannats med ett atomkraftmikroskop till tydliga färgbilder. Den nyutvecklade metoden, som möjliggör observation av material och ämnen som legeringar, halvledare, och kemiska föreningar på relativt kort tid, lovar att bli allmänt använd i forskning och utveckling av ytor och enheter.
Enskilda molekyler och atomer är mycket mindre än ljusets våglängder som vi kan se. Att visualisera sådana små strukturer kräver speciella instrument som ofta ger svart-vita representationer av atomernas positioner. Atomic force microscopes (AFM) är bland de mest kraftfulla verktyg som finns tillgängliga för att sondera ytor på atomär nivå. En spets i nanoskala som rör sig över en yta kan inte bara ge all slags information om atomers fysiska positioner utan också ge data om deras kemiska egenskaper och beteende. Dock, mycket av denna information går förlorad när AFM-signalerna bearbetas.
Nu, forskare centrerade vid University of Tokyos Institute of Industrial Science (IIS), ledd av professor Hideki Kawakatsu, har skapat ett nytt sätt att driva AFM och visualisera data för att extrahera strukturell och kemisk information till tydliga, fullfärgsbilder. Dessa fynd publicerades nyligen i Bokstäver i tillämpad fysik .
"AFM är en extremt mångsidig teknik och vårt tillvägagångssätt att länka AFM-spetshöjden till botten av frekvenskurvan gjorde det möjligt för oss att utföra mätningar samtidigt men utan risk för att förlora information från ytan, "studiens huvudförfattare Pierre Etienne Allain, en LIMMS/CNRS-IIS postdoktoral forskare, säger.
Exempel på kiselatomer representerade i färg. Kredit:2017 Hideki Kawakatsu, Kawakatsu Laboratory, Institutet för industrivetenskap, Tokyos universitet.
Människor utför ofta AFM-mätningar genom att hålla AFM-spetsen på en fast höjd medan de mäter förändringar i dess vibrationer när den interagerar med ytan. Alternativt det går att flytta AFM-spetsen upp och ner så att vibrationernas frekvens förblir densamma. Båda dessa tillvägagångssätt har sina fördelar, men de har också nackdelar genom att man kan vara mycket tidskrävande, och den andra kan resultera i förlust av information.
De IIS-ledda forskarna utvecklade ett sätt att flytta AFM-spetsen och transformera data så att spetsen stannar ovanför ytan i en position där vibrationsfrekvensen påverkas starkt av ytan.
En annan fördel med detta tillvägagångssätt är att modellen ger tre variabler, som forskarna tilldelade färgerna rött, blå, och grönt, respektive, vilket gör det möjligt för dem att producera fullfärgsbilder. De testade också framgångsrikt sin metod på en silikonyta.
"Om färgerna i bilden är desamma, vi kan säga att signalerna kommer från samma typ av atom och omgivning, Denis Damiron, medförfattare och postdoktorand forskare, säger. "Detta nya sätt att representera komplex kemisk och fysikalisk information från en yta kan låta oss undersöka atomers rörelser och beteende i oöverträffad detalj."
