Nanotråde som sensorer i ny type atomkraftmikroskop

En ny type atomkraftmikroskop (AFM) bruger nanotråde som bittesmå sensorer. I modsætning til standard AFM, enheden med en nanotrådssensor muliggør målinger af både størrelse og retning af kræfter. Fysikere ved universitetet i Basel og ved EPF Lausanne har beskrevet disse resultater i det seneste nummer af Naturnanoteknologi .

Nanotråde er ekstremt små filamentære krystaller, der er opbygget molekyle for molekyle fra forskellige materialer, og som nu meget aktivt undersøges af forskere over hele verden på grund af deres usædvanlige egenskaber.

Trådene har normalt en diameter på 100 nanometer og har derfor kun omkring en tusindedel af en hårtykkelse. På grund af denne lille dimension, de har en meget stor overflade i forhold til deres volumen. Dette faktum, deres lille masse og fejlfri krystalgitter gør dem meget attraktive i en række nanometer-skala sensing applikationer, herunder som sensorer for biologiske og kemiske prøver, og som tryk- eller ladningssensorer.

Måling af retning og størrelse

Teamet af Argovia professor Martino Poggio fra Swiss Nanoscience Institute (SNI) og Institut for Fysik ved University of Basel har nu vist, at nanotråde også kan bruges som kraftsensorer i atomkraftmikroskoper. Baseret på deres særlige mekaniske egenskaber, nanotråde vibrerer langs to vinkelrette akser med næsten samme frekvens. Når de er integreret i en AFM, forskerne kan måle ændringer i de vinkelrette vibrationer forårsaget af forskellige kræfter. I det væsentlige, de bruger nanotråde som bittesmå mekaniske kompasser, der peger på både retning og størrelse af de omgivende kræfter.

Billede af det todimensionale kraftfelt

Forskerne fra Basel beskriver, hvordan de afbildede en mønstret prøveoverflade ved hjælp af en nanotrådssensor. Sammen med kolleger fra EPF Lausanne, hvem voksede nanotråde, de kortlagde det todimensionale kraftfelt over prøveoverfladen ved hjælp af deres nanotråd "kompas". Som et princip-bevis, de kortlagde også testkraftfelter produceret af små elektroder.

Det mest udfordrende tekniske aspekt ved eksperimenterne var realiseringen af ​​et apparat, der samtidigt kunne scanne en nanotråd over en overflade og overvåge dets vibration langs to vinkelrette retninger. Med deres undersøgelse, forskerne har demonstreret en ny type AFM, der kan forlænge teknikkens mange applikationer endnu mere.

AFM - i dag meget brugt

Udviklingen af ​​AFM for 30 år siden blev hædret med overrækkelsen af ​​Kavli-prisen i begyndelsen af ​​september i år. Professor Christoph Gerber fra SNI og Institut for Fysik ved University of Basel er en af ​​de tildelte, som har bidraget væsentligt til den brede brug af AFM på forskellige områder, herunder solid-state fysik, materialevidenskab, biologi, og medicin.

De forskellige forskellige typer AFM udføres oftest ved hjælp af cantilevers fremstillet af krystallinsk Si som den mekaniske sensor. "At flytte til meget mindre nanotrådssensorer kan nu muliggøre endnu flere forbedringer af en allerede utroligt vellykket teknik", Martino Poggio kommenterer sin tilgang.