(Phys.org)—Forskare från NIST Center for Nanoscale Science and Technology har utvecklat on-chip optomekaniska sensorer för atomic force microscopy (AFM) som utökar utbudet av mekaniska egenskaper som finns i kommersiella AFM fribärare, potentiellt möjliggör användningen av denna teknik för att studera en mängd olika fysiska system. AFM är ett viktigt verktyg för ytmetrologi som mäter lokala spets-yta-interaktioner genom att skanna en flexibel cantilever-sond över en yta, men det skrymmande optiska systemet med fritt utrymme som vanligtvis används för att känna av sondens rörelse sätter gränser för verktygets känslighet och mångsidighet.

Tidigare, NIST-teamet hade visat en suppleant, chip-skala avkänningsplattform med en mer mångsidig avläsningsmetod där en nanoantilever-sond integrerades med interferometrisk rörelsedetektion tillhandahållen av en optisk resonator med låg förlust som kan kopplas via fiberoptik till optiska standardkällor och detektorer. Detta tillvägagångssätt uppnådde en anmärkningsvärd förskjutningskänslighet. I det tidigare arbetet, den fribärande fjäderkonstanten, eller stelhet, fastställdes till ett måttligt värde; dock, i andra applikationer, fjäderkonstanten kan behöva vara mycket mindre (för att studera mjuka material eller för att upptäcka svag kraft) eller mycket större (för högupplöst bildbehandling). Helst detta område av fjäderkonstanter skulle uppnås utan att offra förskjutningskänslighet eller svarstid.

I det pågående arbetet, författarna visar att geometrisk skalning av både konsolens och de optiska resonatordimensionerna kan möjliggöra en variation i konsolfjäderkonstanten med över fyra storleksordningar, allt från enheter som är tio gånger mjukare än originaldesignen till sådana som är tusen gånger styvare. Viktigt, dessa cantilevers bibehåller sin höga förskjutningskänslighet och uppnår mätsvarstider som är hundratals gånger snabbare än kommersiella cantilevers med liknande fjäderkonstanter. Framtida arbete kommer att fokusera på att integrera denna sensorplattform i ett kommersiellt AFM-system.