Momenteel, atomic force microscopen (AFM's) zijn een van de meest gebruikte hulpmiddelen voor beeldvorming, meten, en het manipuleren van materie op nanoschaal. Een van de belangrijkste componenten van een AFM is een microschaaloscillator, die de topografische kenmerken van een monster scant. Helaas, echter, de fabricage van oscillatoren op microschaal is een complex en duur proces.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Nanotechnologie , een team van onderzoekers van het Laboratoire de Physique Statistique aan de École Normale Supérieure, CNRS, in Parijs, hebben aangetoond dat een 7 centimeter lange aluminium stemvork de microschaaloscillator in een AFM kan vervangen, en nog steeds beelden produceren met een resolutie op nanoschaal en gelijke kwaliteit.

"Naar analogie, een ruwheid van 100 nm voelen met een instrument van 7 cm lang is als het voelen van de dikte van een virus onder de antenne van de Eiffeltoren, " vertelde co-auteur Antoine Niguès aan de École Normale Supérieure Phys.org . "Bovendien, het gebruik van deze grote stemvork reduceert de fabricagekosten van de AFM aanzienlijk en vereenvoudigt het gebruik enorm."

In aanvulling, de gewijzigde AFM, die de onderzoekers "MicroMegascope, " kan objecten die in vloeistof zijn ondergedompeld in beeld brengen zonder kwaliteitsverlies, en zonder dat er aanpassingen nodig zijn. Dit is een groot voordeel ten opzichte van conventionele AFM's, die lijden aan verminderde beeldkwaliteit en alternatieve sondes vereisen om in vloeibare omgevingen te werken.

Sinds de AFM voor het eerst werd uitgevonden in het midden van de jaren '80 door IBM-wetenschappers Gerd Binnig, Calvin Quate en Christoph Gerber, het is een standaard laboratoriuminstrument geworden met een breed scala aan toepassingen, van gecondenseerde materie tot biologische materie. Een AFM maakt een topografische kaart van het oppervlak van een object door de micro-oscillator over het oppervlak te scannen. Als de micro-oscillator het oppervlak nadert, interactiekrachten tussen de punt en het monster veroorzaken veranderingen in de mechanische beweging van de oscillator. Door deze veranderingen te meten, de topografie van het monster kan worden gereconstrueerd met een resolutie op nanoschaal.

De MicroMegascope werkt op vrijwel dezelfde manier als een conventionele AFM, behalve dat het een stemvork op centimeterschaal als oscillator gebruikt. De relatief grote stemvork, die een scherpe wolfraampunt heeft die aan het uiteinde van een tand is gelijmd, gedraagt ​​zich in wezen als een massa-veersysteem. Een accelerometer gelijmd aan een tand meet de versnelling van de stemvork, die recht evenredig is met zijn trillingsamplitude. De onderzoekers toonden aan dat, ondanks de grote omvang en massa van de stemvork, beelden verkregen door de MicroMegascope hebben een vergelijkbare kwaliteit als die verkregen door conventionele AFM's, zonder de formidabele fabricage-uitdagingen.

De onderzoekers hopen dat in de toekomst, de MicroMegascope zal de veelzijdigheid van AFM's verder uitbreiden. Door de grotere omvang van de oscillator, het is mogelijk om niet alleen tips op nanoschaal te bevestigen, maar ook bijvoorbeeld, macroscopische sferische tips. In aanvulling, de oscillator heeft een grotere stabiliteit, samen met de mogelijkheid om te werken in vloeibare omgevingen met een hoge viscositeit. Al deze mogelijkheden kunnen de deuren openen naar nieuwe beeldvormingstoepassingen.

"We gebruiken de MicroMegascope al om fundamentele krachten op nanoschaal te onderzoeken en hun impact op macroschaal te meten, ' zei Nigues.

© 2018 Fys.org