Forskere udvikler MicroMegascope:billeddannelse med en stemmegaffel

I øjeblikket, atomkraftmikroskoper (AFM'er) er et af de mest anvendte værktøjer til billeddannelse, måling, og manipulere stof på nanoskalaen. En af nøglekomponenterne i en AFM er en mikroskalaoscillator, som scanner de topografiske træk ved en prøve. Desværre, imidlertid, fremstilling af mikroskalaoscillatorer er en kompleks og dyr proces.

I et nyt papir udgivet i Nanoteknologi , et team af forskere fra Laboratoire de Physique Statistique ved École Normale Supérieure, CNRS, i Paris, har vist, at en 7 centimeter lang stemmegaffel i aluminium kan erstatte mikroskalaoscillatoren i en AFM, og stadig producere billeder af nanoskala opløsning og lige kvalitet.

"I analogi, at føle en ruhed på 100 nm med et 7 cm langt instrument er som at føle tykkelsen af ​​en virus under antennen på Eiffeltårnet, "fortalte Antoine Niguès ved École Normale Supérieure Phys.org . "I øvrigt, brugen af ​​denne store tuninggaffel reducerer fremstillingsomkostningerne for AFM betydeligt og forenkler dens anvendelse. "

Ud over, den modificerede AFM, som forskerne kalder "MicroMegascope, "kan billedobjekter, der er nedsænket i væske uden tab af kvalitet, og uden at kræve justeringer. Dette er en stor fordel i forhold til konventionelle AFM'er, som lider af reduceret billedkvalitet og kræver alternative sonder til at fungere i flydende miljøer.

Lige siden AFM først blev opfundet i midten af ​​80'erne af IBM-forskerne Gerd Binnig, Calvin Quate og Christoph Gerber, det er blevet et standard laboratorieværktøj med en lang række applikationer, fra kondenseret stof til biologisk stof. En AFM opretter et topografisk kort over et objekts overflade ved at scanne mikro-oscillatoren over overfladen. Når mikrooscillatoren nærmer sig overfladen, interaktionskræfter mellem dens spids og prøven forårsager ændringer i oscillatorens mekaniske bevægelse. Ved at måle disse ændringer, topografien af ​​prøven kan rekonstrueres med nanoskala opløsning.

MicroMegascope fungerer på nogenlunde samme måde som en konventionel AFM, bortset fra at den bruger en centimeter skala tuning gaffel som oscillator. Den relativt store stemmegaffel, som har en skarp wolframspids limet til enden af ​​en tand, i det væsentlige opfører sig som et massefjedersystem. Et accelerometer, der er limet til en tand, måler stemmegaffelens acceleration, som er direkte proportional med dens oscillationsamplitude. Forskerne demonstrerede, at på trods af tuninggaffelens store størrelse og masse, billeder opnået med MicroMegascope har sammenlignelig kvalitet som dem, der opnås ved konventionelle AFM'er, uden de formidable fabrikationsudfordringer.

Forskerne håber, at i fremtiden, MicroMegascope vil yderligere udvide alsidigheden af ​​AFM'er. På grund af oscillatorens større størrelse, det er muligt at vedhæfte ikke kun nanoskala tips, men også, for eksempel, makroskopiske sfæriske spidser. Ud over, oscillatoren har en større stabilitet, sammen med evnen til at operere i flydende miljøer med høj viskositet. Alle disse evner åbner muligvis dørene for nye billeddannelsesprogrammer.

"Vi bruger allerede MicroMegascope til at undersøge grundlæggende kræfter på nanoskalaen og måle deres indvirkning på makroskalaen, "Sagde Niguès.

© 2018 Phys.org