Forskare vid National Institute of Standards and Technology har utvecklat ett sätt att mäta slitage och nedbrytning av de mikroskopiska sonderna som används för att studera nanoskala strukturer på plats och när det händer. Deras teknik kan både dramatiskt påskynda och förbättra noggrannheten i de mest exakta och känsliga nanoskalamätningarna som görs med atomkraftsmikroskopi (AFM).

Om du försöker mäta konturerna på en yta med en linjal som smular bort när du arbetar, då behöver du åtminstone veta hur snabbt och i vilken utsträckning det slits bort under mätningen.

Detta har varit utmaningen för forskare och tillverkare som försöker skapa bilder av nanomaterials och nanostrukturers ytor. Att ta ett foto är omöjligt i så små vågor, så forskare använder atomkraftsmikroskop. Tänk på en enhet som en grammofonnål som används, på nanoskala, för att mäta topparna och dalarna när det dras fram och tillbaka över en yta. Dessa enheter används i stor utsträckning vid nanoskalaavbildning för att mäta konturerna av nanostrukturer, men AFM-spetsarna är så små att de tenderar att slitas ner när de korsar ytan som mäts.

I dag, de flesta forskare stoppar mätningen för att "ta en bild" av spetsen med ett elektronmikroskop, en tidskrävande metod som är benägen för felaktigheter.

NIST materialingenjör Jason Killgore har utvecklat en metod för att i realtid mäta i vilken utsträckning AFM -spetsar slits. Killgore mäter resonansfrekvensen för AFM-sensorspetsen, en naturlig vibrationshastighet som en stämgaffel, medan instrumentet används. Eftersom förändringar i spetsens storlek och form påverkar dess resonansfrekvens, han kan mäta storleken på AFM:s spets när den fungerar – i steg om en tiondels nanometer, i huvudsak atomskalaupplösning. Tekniken, kallad kontaktresonanskraftmikroskopi, beskrivs i en artikel som nyligen publicerats i tidningen Små .

Den potentiella effekten av denna utveckling är betydande. Tusentals AFM:er används vid universitet, tillverkningsanläggningar och forsknings- och utvecklingsanläggningar runt om i världen. Att förbättra deras förmåga att mäta och avbilda nanoserade enheter kommer att förbättra kvaliteten och effektiviteten hos dessa enheter. En annan fördel är att det blir mycket enklare och snabbare att utveckla nya mätspetsar – och studera egenskaperna hos nya material som används i dessa tips. med tanke på den omedelbara feedbacken om slitagegrader.