Een Franse en Japanse onderzoeksgroep hebben een nieuwe manier ontwikkeld om de atomaire wereld te visualiseren door gegevens die zijn gescand door een atomaire krachtmicroscoop om te zetten in heldere kleurenafbeeldingen. De nieuw ontwikkelde methode, die observatie van materialen en stoffen zoals legeringen, halfgeleiders, en chemische verbindingen in relatief korte tijd, belooft veel gebruikt te worden in het onderzoek en de ontwikkeling van oppervlakken en apparaten.

Individuele moleculen en atomen zijn veel kleiner dan de golflengten van licht die we kunnen zien. Het visualiseren van zulke kleine structuren vereist speciale instrumenten die vaak zwart-wit representaties geven van de posities van atomen. Atoomkrachtmicroscopen (AFM's) behoren tot de krachtigste instrumenten die beschikbaar zijn voor het sonderen van oppervlakken op atomair schaalniveau. Een tip op nanoschaal die over een oppervlak beweegt, kan niet alleen allerlei informatie geven over de fysieke posities van atomen, maar ook gegevens geven over hun chemische eigenschappen en gedrag. Echter, veel van deze informatie gaat verloren wanneer de AFM-signalen worden verwerkt.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers gecentreerd aan de Universiteit van Tokyo's Institute of Industrial Science (IIS), onder leiding van professor Hideki Kawakatsu, hebben een nieuwe manier gecreëerd om AFM's te bedienen en de gegevens te visualiseren om structurele en chemische informatie te extraheren in duidelijke, full colour afbeeldingen. Deze bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven .

"AFM is een uiterst veelzijdige techniek en onze benadering van het koppelen van de AFM-tiphoogte aan de onderkant van de frequentiecurve stelde ons in staat om tegelijkertijd metingen uit te voeren, maar zonder het risico om informatie van het oppervlak te verliezen, " hoofdauteur Pierre Etienne Allain, een LIMMS/CNRS-IIS postdoctoraal onderzoeker, zegt.

Mensen voeren vaak AFM-metingen uit door de AFM-tip op een vaste hoogte te houden terwijl ze veranderingen in de trillingen meten terwijl deze in wisselwerking staan ​​met het oppervlak. Alternatief, het is mogelijk om de AFM tip op en neer te bewegen zodat de frequentie van de trillingen gelijk blijft. Beide benaderingen hebben hun voordelen, maar ze hebben ook nadelen omdat het erg tijdrovend kan zijn, en de andere kan leiden tot verlies van informatie.

De door IIS geleide onderzoekers ontwikkelden een manier om de AFM-tip te verplaatsen en de gegevens te transformeren zodat de tip boven het oppervlak blijft in een positie waar de trillingsfrequentie sterk wordt beïnvloed door het oppervlak.

Een ander voordeel van deze benadering is dat het model drie variabelen oplevert, waaraan de onderzoekers de kleuren rood toekenden, blauw, en groen, respectievelijk, waardoor ze full-color afbeeldingen kunnen produceren. Ze hebben hun methode ook met succes getest op een siliciumoppervlak.

"Als de kleuren in de afbeelding hetzelfde zijn, we kunnen zeggen dat de signalen van hetzelfde type atoom en omgeving komen, "Coauteur en collega-postdoctoraal onderzoeker Denis Damiron zegt. "Deze nieuwe manier om complexe chemische en fysische informatie van een oppervlak weer te geven, zou ons in staat kunnen stellen de bewegingen en het gedrag van atomen in ongekend detail te onderzoeken."