Atomic force microscopy (AFM) är en mycket känslig form av mikroskopi som gör det möjligt att kartlägga en yta med nära atomupplösning. Shaw Wei Kok och kollegor från A*STAR:s Singapore Institute of Manufacturing Technology har nu utvecklat en AFM -mätmetod som kan förbättra teknikens känslighet ytterligare.

Forskarnas nya mätmetod är baserad på standard "tuning fork" -skjuvningsläge - ett av de många lägen som används i AFM. I det här läget, en atomiskt skarp sond bildas på en arm på en kvartsinställningsgaffel och sätts in i högfrekvent resonansvibration. När sonden bringas nära ytan av ett prov, samspelet mellan atomkrafter ger upphov till en skjuvkraft som bromsar vibrationerna. Genom att övervaka denna signal, sonden och ytan kan hållas vid en konstant separation med hjälp av ett automatiserat återkopplingssystem, så att höjdprofilen på provytan kan skannas med atomskalaupplösning.

Den maximala bildupplösningen som kan uppnås genom att ställa in gaffelbaserad skjuvningsläge AFM begränsas av stämgaffelns Q-faktor, eller hur lätt ”gaffeln” ringer. Problemet, enligt Kok och hans kollegor, har varit att forskning om förbättring av Q -faktorn har förlitat sig på sondens resonansfrekvens i fri luft, vilket inte är detsamma som när sonden nästan är i kontakt med ytan-så under avsökning arbetar sonden effektivt från resonans.

Forskarna upptäckte att återkopplingskontroll med hjälp av sondens andra resonans när den är nära ytan ger högre känslighet än den som använder den första, friluftsresonans. "Denna upptäckt uppstod när spetsoscillationernas beteende på mycket nära avstånd till ytan stred mot det förväntade beteendet, Säger Kok. ”Den traditionella modellen av en stämgaffel kunde inte förklara det observerade beteendet. Baserat på en alternativ kvantitativ modell som vi utvecklat, vi fann att känsligheten borde vara högre i denna andra resonansregim. ”

När den används i denna andra resonansregim, upplösningen för AFM ökade avsevärt, och finare strukturer kunde lösas (se bild). Utvecklingen banar väg för grundläggande undersökningar, säger Kok. "Vi kommer att utnyttja den känslighet som erhålls med den andra resonansregimen för att undersöka atomskjuvkraftsinteraktion mellan AFM -sonden och provet, Säger han. ”Resultaten hjälper oss att utforska materialegenskaper på nanoskala, och kan leda till upptäckten av ny fysik. ”