Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology hebben een manier ontwikkeld om de slijtage en degradatie te meten van de microscopische sondes die worden gebruikt om nanoschaalstructuren in situ en terwijl het gebeurt te bestuderen. Hun techniek kan zowel de nauwkeurigheid van de meest nauwkeurige en delicate nanoschaalmetingen die met atomaire krachtmicroscopie (AFM) zijn gedaan, drastisch versnellen en verbeteren.

Als u de contouren van een oppervlak probeert te meten met een liniaal die afbrokkelt terwijl u werkt, dan moet je in ieder geval weten hoe snel en in welke mate het wegslijt tijdens de meting.

Dit was de uitdaging voor onderzoekers en fabrikanten die afbeeldingen probeerden te maken van de oppervlakken van nanomaterialen en nanostructuren. Op zo'n kleine schaal is fotograferen onmogelijk, dus gebruiken onderzoekers atoomkrachtmicroscopen. Denk aan een apparaat zoals een grammofoonnaald die wordt gebruikt, op nanoschaal, om de pieken en dalen te meten terwijl het heen en weer wordt gesleept over een oppervlak. Deze apparaten worden veelvuldig gebruikt in beeldvorming op nanoschaal om de contouren van nanostructuren te meten, maar de AFM-tips zijn zo klein dat ze de neiging hebben te verslijten als ze over het te meten oppervlak gaan.

Vandaag, de meeste onderzoekers stoppen de meting om met een elektronenmicroscoop "een foto te maken" van de punt, een tijdrovende methode die vatbaar is voor onnauwkeurigheden.

NIST-materiaalingenieur Jason Killgore heeft een methode ontwikkeld om in realtime te meten in hoeverre AFM-tips slijten. Killgore meet de resonantiefrequentie van de AFM-sensortip, een natuurlijke trillingssnelheid zoals die van een stemvork, terwijl het instrument in gebruik is. Omdat veranderingen in de grootte en vorm van de tip de resonantiefrequentie beïnvloeden, hij kan de grootte van de tip van de AFM meten terwijl deze werkt - in stappen van een tiende nanometer, in wezen resolutie op atomaire schaal. De techniek, zogenaamde contactresonantiekrachtmicroscopie, wordt beschreven in een artikel dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Klein .

De potentiële impact van deze ontwikkeling is aanzienlijk. Duizenden AFM's zijn in gebruik bij universiteiten, fabrieken en onderzoeks- en ontwikkelingsfaciliteiten over de hele wereld. Het verbeteren van hun vermogen om apparaten op nanoschaal te meten en af ​​te beelden, zal de kwaliteit en effectiviteit van die apparaten verbeteren. Een ander voordeel is dat het ontwikkelen van nieuwe meettips - en het bestuderen van de eigenschappen van nieuwe materialen die in die tips worden gebruikt - veel gemakkelijker en sneller zal zijn, gezien de onmiddellijke feedback over slijtagepercentages.