Forskere forvandler atomkraftmikroskopmålinger til farvebilleder

En fransk og japansk forskergruppe har udviklet en ny måde at visualisere atomverdenen ved at omdanne data, der er scannet af et atomkraftmikroskop, til klare farvebilleder. Den nyudviklede metode, som muliggør observation af materialer og stoffer som legeringer, halvledere, og kemiske forbindelser på relativt kort tid, holder løfte om at blive meget udbredt inden for forskning og udvikling af overflader og enheder.

Individuelle molekyler og atomer er meget mindre end lysets bølgelængder, som vi kan se. Visualisering af sådanne små strukturer kræver særlige instrumenter, der ofte giver sort-hvide repræsentationer af atomernes positioner. Atomic force microscopes (AFMs) er blandt de mest kraftfulde værktøjer til rådighed til sondering af overflader på atomskala niveau. En nanoskala, der bevæger sig over en overflade, kan ikke kun give alle former for information om atomers fysiske positioner, men også give data om deres kemiske egenskaber og adfærd. Imidlertid, meget af disse oplysninger går tabt, når AFM -signalerne behandles.

Nu, forskere centreret ved University of Tokyos Institute of Industrial Science (IIS), ledet af professor Hideki Kawakatsu, har skabt en ny måde at betjene AFM'er og visualisere dataene for at udtrække strukturelle og kemiske oplysninger til klare, billeder i fuld farve. Disse fund blev for nylig offentliggjort i Anvendt fysik bogstaver .

"AFM er en ekstremt alsidig teknik, og vores tilgang til at forbinde AFM -spidsens højde med bunden af ​​frekvenskurven gjorde det muligt for os at udføre målinger på samme tid, men uden risiko for at miste information fra overfladen, "studieforfatter Pierre Etienne Allain, en postdoktoral forsker ved LIMMS/CNRS-IIS, siger.

Folk udfører ofte AFM -målinger ved at holde AFM -spidsen i en fast højde, mens de måler ændringer i dens vibrationer, når den interagerer med overfladen. Alternativt kan det er muligt at flytte AFM -spidsen op og ned, så vibrationernes frekvens forbliver den samme. Begge disse fremgangsmåder har deres fordele, men de har også ulemper ved, at man kan være meget tidskrævende, og den anden kan resultere i tab af information.

De IIS-ledede forskere udviklede en måde at flytte AFM-spidsen på og transformere dataene, så spidsen forbliver over overfladen i en position, hvor vibrationsfrekvensen er stærkt påvirket af overfladen.

En anden fordel ved denne tilgang er, at modellen giver tre variabler, som forskerne tildelte farverne rød, blå, og grøn, henholdsvis, og dermed give dem mulighed for at producere billeder i fuld farve. De testede også deres metode med succes på en siliciumoverflade.

"Hvis farverne på billedet er de samme, vi kan sige, at signalerne kommer fra den samme type atom og omgivelser, "medforfatter og kollega postdoktorforsker Denis Damiron siger." Denne nye måde at repræsentere komplekse kemiske og fysiske oplysninger fra en overflade kan lade os undersøge atoms bevægelser og adfærd i enestående detaljer. "