(PhysOrg.com) -- De atomic force microscope (AFM) is een belangrijk hulpmiddel voor oppervlaktemetrologie op nanoschaal. Typische AFM's brengen lokale interacties tussen het uiteinde en het oppervlak in kaart door een flexibele cantilever-sonde over een oppervlak te scannen. Ze vertrouwen op omvangrijke optische meetinstrumenten om de beweging van de sonde te meten, die de gevoeligheid beperkt, stabiliteit, en nauwkeurigheid van de microscoop, en sluit het gebruik van sondes uit die veel kleiner zijn dan de golflengte van licht.

Zoals gemeld in Nano-letters , CNST-onderzoekers hebben een nieuwe geïntegreerde sensor gefabriceerd die een nanomechanische cantilever-sonde combineert met een zeer gevoelige nanofotonische interferometer op een enkele siliciumchip. Door het omvangrijke laserdetectiesysteem te vervangen, konden ze uitkragingen bouwen die orden van grootte kleiner waren dan die welke in conventionele AFM's worden gebruikt.

Omdat elk van deze kleinere structuren een effectieve massa heeft die kleiner is dan een picogram, de detectiebandbreedte wordt drastisch vergroot, waardoor de responstijd van het systeem wordt teruggebracht tot enkele honderden nanoseconden.

Terwijl de stijfheid van de sonde vergelijkbaar werd gehouden met conventionele microcantilevers om een ​​hoge mechanische winst te behouden (hoeveel de punt beweegt wanneer deze een krachtverandering waarneemt), de sonde werd verkleind tot slechts 25 µm lang, 260 nm in dikte, en slechts 65 nm breed.

Uitlezing is gebaseerd op "cavity optomechanica", waarbij de sonde naast een optische holte van een microschijf is gefabriceerd met een tussenruimte van minder dan 100 nm. Door deze nauwe scheiding licht dat in de holte circuleert, wordt sterk beïnvloed door de beweging van de sondepunt.

De holte heeft een hoge optische kwaliteitsfactor (Q), wat betekent dat het licht tienduizenden rondjes in de holte maakt voordat het eruit lekt, de hele tijd informatie verzamelen over de positie van de sonde.

De combinatie van een kleine afstand tussen de sondeholten en een hoge Q geeft het apparaat een gevoeligheid voor sondebewegingen bij minder dan 1 fm/√Hz, terwijl de holte veranderingen in de sondepositie kan waarnemen met een hoge bandbreedte.

Het hele apparaat is nano-gefabriceerd als een enkele, monolithische eenheid op een siliciumwafel. Het is dus compact (chipschaal), zelf uitgelijnd, en stabiel.

Glasvezelgolfgeleiders koppelen licht in en uit de sensor, zodat het gemakkelijk kan worden gekoppeld aan standaard optische bronnen en detectoren.

Eindelijk, door eenvoudige wijzigingen in de meettastergeometrie, de mechanica van de sondepunt kan sterk worden gevarieerd, waardoor de verschillende combinaties van mechanische versterking en bandbreedte mogelijk zijn die nodig zijn voor een verscheidenheid aan AFM-toepassingen.