Forskere validerer forenklet lateral kraftkalibreringsteknik til atomkraftmikroskopi

(PhysOrg.com) -- Forskere fra NIST Center for Nanoscale Science and Technology og NIST Material Measurement Laboratory har vist, at en enklere teknik til kalibrering af lateral følsomhed i et atomic force microscope (AFM) stemmer overens med en tidligere metode udviklet på NIST til inden for 5 %.

Ækvivalensen af ​​disse to uafhængige metoder repræsenterer et vigtigt skridt i retning af sporbar nøjagtighed i lateral kraftmikroskopi og vil give forskere mulighed for bedre at forstå friktionens oprindelse i atomare skala på tværs af en bred vifte af materialer.

NIST "HammerHead" (HH) metoden er afhængig af præcis placering af armene på en specialfremstillet, tee-formet cantilever over veldefinerede justeringsmærker i en overflade; et moment påføres forskellige steder på udkragningsarmen ved at presse den mod en lille kugle fastgjort til kanten af ​​overfladen.

Forholdet mellem ændringen i det normale (lodrette) signal og det laterale signal kan bruges til at kalibrere følsomhed og udtrække friktionskræfter svarende til de laterale signaler målt under et eksperiment.

Den nye "Diamagnetic Lateral Force Calibrator" (D-LFC) metode, udviklet ved Brown University, kræver færre uafhængige målinger. AFM cantilever presser mod overfladen af ​​et stykke grafit, der svæver i et magnetfelt. Når magnetfeltet bevæges vandret i AFM, den svævende grafit opfører sig som en masse på en meget svag fjeder.

En lateral kraft påføres af grafitten på spidsen af ​​AFM-udkrageren, får cantileveren til at vride. Denne drejning fører til en ændring i det laterale signal i AFM, der kan bruges til at kalibrere friktion direkte, uden behov for en uafhængig måling af det normale signal.

Mens D-LFC-metoden er at foretrække i de fleste tilfælde, fordi den bruger færre parametre og derfor har større præcision, HH-metoden kan være fordelagtig, hvis kontakt mellem sondespidsen og kalibreringsoverfladen skal undgås.

Forskerne mener, at den overordnede nøjagtighed og sammenlignelighed af disse to metoder fastslår vigtigheden af ​​D-LFC-metoden som et værdifuldt værktøj til at forene kvantitative målinger af friktion på nanoskala, og etablerer en potentiel vej mod udvikling af laterale kraftstandarder.