At få fat i sagen:Overvågning i realtid af atom-mikroskopprober justerer for slid

Forskere ved National Institute of Standards and Technology har udviklet en måde at måle slid og nedbrydning af de mikroskopiske sonder, der bruges til at studere nanoskala strukturer in situ, og som det sker. Deres teknik kan både dramatisk fremskynde og forbedre nøjagtigheden af ​​de mest præcise og sarte nanoskala målinger udført med atomkraftmikroskopi (AFM).

Hvis du forsøger at måle konturerne af en overflade med en lineal, der smuldrer væk, mens du arbejder, så skal du i det mindste vide, hvor hurtigt og i hvilket omfang den bliver slidt væk under målingen.

Dette har været udfordringen for forskere og producenter, der har forsøgt at skabe billeder af overflader af nanomaterialer og nanostrukturer. At tage et foto er umuligt i så små skalaer, så forskere bruger atomkraftmikroskoper. Tænk på en enhed som en fonografnål, der bruges, på nanoskala, for at måle toppe og dale, når det trækkes frem og tilbage over en overflade. Disse enheder bruges i vid udstrækning til nanoskala -billeddannelse til at måle konturerne af nanostrukturer, men AFM -spidserne er så små, at de har en tendens til at blive slidt, når de krydser overfladen, der måles.

I dag, de fleste forskere stopper målingen for at "tage et billede" af spidsen med et elektronmikroskop, en tidskrævende metode, der er tilbøjelig til unøjagtigheder.

NIST materialingeniør Jason Killgore har udviklet en metode til i realtid at måle, i hvilket omfang AFM -tip slides ned. Killgore måler resonansfrekvensen af ​​AFM -sensortippen, en naturlig vibrationshastighed som en stemmegaffel, mens instrumentet er i brug. Fordi ændringer i spidsens størrelse og form påvirker dens resonansfrekvens, han er i stand til at måle størrelsen på AFM's spids, når den fungerer - i trin på en tiendedel af et nanometer, i det væsentlige atomskala opløsning. Teknikken, kaldet kontaktresonans kraftmikroskopi, er beskrevet i et papir, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Lille .

Den potentielle effekt af denne udvikling er betydelig. Tusinder af AFM'er er i brug på universiteter, produktionsanlæg og forsknings- og udviklingsfaciliteter rundt om i verden. Forbedring af deres evne til at måle og billede nanoserede enheder vil forbedre kvaliteten og effektiviteten af ​​disse enheder. En anden fordel er, at det vil blive meget lettere og hurtigere at udvikle nye målingstip - og studere egenskaberne af nye materialer, der bruges i disse tip - givet den umiddelbare feedback om slidhastigheder.