För närvarande, atomkraftmikroskop (AFM) är ett av de mest använda verktygen för avbildning, mätning, och manipulera materia på nanoskala. En av nyckelkomponenterna i en AFM är en mikroskalaoscillator, som skannar de topografiska egenskaperna hos ett prov. Tyvärr, dock, tillverkningen av mikroskalaoscillatorer är en komplex och dyr process.

I en ny artikel publicerad i Nanoteknik , ett team av forskare från Laboratoire de Physique Statistique vid École Normale Supérieure, CNRS, i Paris, har visat att en 7 centimeter lång stämgaffel i aluminium kan ersätta mikroskalaoscillatorn i en AFM, och fortfarande producera bilder med nanoskalaupplösning och lika kvalitet.

"I analogi, att känna en grovhet på 100 nm med ett 7 cm långt instrument är som att känna tjockleken på ett virus under antennen på Eiffeltornet, "berättade medförfattaren Antoine Niguès vid École Normale Supérieure Phys.org . "Dessutom, användningen av denna stora stämgaffel minskar tillverkningskostnaderna för AFM avsevärt och förenklar användningen avsevärt. "

Dessutom, den modifierade AFM, som forskarna kallar "MicroMegascope, "kan bildobjekt som är nedsänkta i vätska utan att kvaliteten försämras, och utan att behöva justera. Detta är en stor fördel jämfört med konventionella AFM, som lider av minskad bildkvalitet och kräver alternativa sonder för att fungera i flytande miljöer.

Ända sedan AFM uppfanns för första gången i mitten av 80-talet av IBM-forskarna Gerd Binnig, Calvin Quate och Christoph Gerber, det har blivit ett standardlaboratoriumverktyg med en mängd olika applikationer, från kondenserat material till biologiskt material. En AFM skapar en topografisk karta över ett föremåls yta genom att skanna mikrooscillatorn över ytan. När mikrooscillatorn närmar sig ytan, växelverkan mellan dess spets och provet inducerar förändringar i oscillatorns mekaniska rörelse. Genom att mäta dessa förändringar, topografin av provet kan rekonstrueras med nanoskala upplösning.

MicroMegascope fungerar på ungefär samma sätt som en konventionell AFM, förutom att den använder en stämgaffel i centimeterskala som oscillator. Den relativt stora stämgaffeln, som har en skarp volframspets limmad i slutet av en sticka, fungerar i huvudsak som ett massfjädersystem. En accelerometer limmad på en tapp mäter stämgaffelns acceleration, som är direkt proportionell mot dess oscillationsamplitud. Forskarna visade att trots stämgaffelns stora storlek och massa, bilder som erhållits med MicroMegascope har jämförbar kvalitet som de som erhållits med konventionella AFM, utan de formidabla tillverkningsutmaningarna.

Forskarna hoppas att, i framtiden, MicroMegascope kommer att ytterligare utöka mångsidigheten hos AFM:er. På grund av oscillatorns större storlek, det är möjligt att fästa inte bara nanoskala tips utan också, till exempel, makroskopiska sfäriska spetsar. Dessutom, oscillatorn har en större stabilitet, tillsammans med möjligheten att arbeta i flytande miljöer med hög viskositet. Alla dessa förmågor kan öppna dörrarna till nya bildbehandlingstillämpningar.

"Vi använder redan MicroMegascope för att undersöka grundläggande krafter på nanoskala och mäta deras inverkan på makroskala, "Sa Niguès.

© 2018 Phys.org