(Phys.org)—Onderzoekers van het NIST Center for Nanoscale Science and Technology hebben on-chip optomechanische sensoren ontwikkeld voor atomaire krachtmicroscopie (AFM) die het bereik van mechanische eigenschappen van commerciële AFM-cantilevers uitbreiden, mogelijk maakt het gebruik van deze technologie mogelijk om een ​​grote verscheidenheid aan fysieke systemen te bestuderen. AFM is een belangrijk hulpmiddel voor oppervlaktemetrologie dat lokale interacties tussen punt en oppervlak meet door een flexibele cantilever-sonde over een oppervlak te scannen, maar het omvangrijke optische systeem in de vrije ruimte dat gewoonlijk wordt gebruikt om de beweging van de sonde te detecteren, stelt grenzen aan de gevoeligheid en veelzijdigheid van het gereedschap.

Eerder, het NIST-team had een alternatief gedemonstreerd, detectieplatform op chipschaal met een meer veelzijdige uitleesbenadering waarin een nanocantilever-sonde werd geïntegreerd met interferometrische bewegingsdetectie door een optische resonator met weinig verlies die via glasvezel kan worden gekoppeld aan standaard optische bronnen en detectoren. Deze benadering bereikte een opmerkelijke verplaatsingsgevoeligheid. In het vorige werk de cantileverveerconstante, of stijfheid, werd vastgesteld op een matige waarde; echter, bij andere toepassingen, de veerconstante moet mogelijk veel kleiner zijn (voor het bestuderen van zachte materialen of bij detectie van zwakke krachten) of veel groter (voor beeldvorming met hoge resolutie). Ideaal, dit bereik van veerconstanten zou worden bereikt zonder de verplaatsingsgevoeligheid of responstijd op te offeren.

In het huidige werk de auteurs laten zien dat geometrische schaling van zowel de cantilever- als de optische resonatorafmetingen een variatie in de cantileverveerconstante met meer dan vier ordes van grootte mogelijk maakt, variërend van apparaten die tien keer zachter zijn dan het oorspronkelijke ontwerp tot apparaten die duizend keer stijver zijn. belangrijk, deze cantilevers behouden hun hoge verplaatsingsgevoeligheid en bereiken meetresponstijden die honderden keren sneller zijn dan commerciële cantilevers met vergelijkbare veerconstanten. Toekomstige werkzaamheden zullen zich richten op de integratie van dit sensorplatform in een commercieel AFM-systeem.