Elektryczne sondy w mikroskopii sił atomowych

Mikroskop sił atomowych (AFM) wykorzystano do oceny własności fizycznych materiałów o rozdzielczości rzędu nanoskali. Finansowany ze środków UE zespół badawczy zdołał udoskonalić zarówno zdolność rozdzielczą, jak i szybkość systemu AFM, co otwiera szerokie pole do jego zastosowania.

Energia

Do tej pory system AFM znalazł zastosowanie w zakresie od obrazowania próbek biologicznych, wirusów i DNA, do budowy atomowej polimerów i kryształów. Mikroskop AFM może uchwycić cechy obiektów i powierzchni z dokładnością aż do ułamków nanometra. Niewielkie sygnały pochodzące z mikroskopijnych oddziaływań wspornika zakończonego ostrą końcówką, przesuwanego po powierzchni, wymagają ostrożnej obróbki i olbrzymiego powiększenia. Uzyskawszy wsparcie finansowe UE dla projektu FALCON (Fast all-electric cantilever for bio-applications), międzynarodowe konsorcjum starało się podnieść parametry szybkości technologii AFM i poszerzyć możliwości jej stosowania. Dokonano zmian w projekcie części elektryczno-optycznych i wprowadzono na rynek całkowicie elektryczny wspornik. Nowa technologia, wykorzystująca nanoskalowe rezystory tunelowe (NTR) wyprodukowane techniką bezmaskowego zapisu bezpośredniego, daje nadzieję na przezwyciężenie ograniczeń związanych z detekcją optyczną. W ramach projektu FALCON w szczególności opracowano szybki i opłacalny cykl produkcyjny do integracji czujników NTR ze wspornikiem na płytkach. Zespół przeprowadził szereg testów, aby zweryfikować skuteczność wspornika na rezystorach NTR oraz potwierdzić, że procesy realizowane na skalę masową dają produkty o jakości dorównującej wstępnym wynikom prób laboratoryjnych. Ponadto dzięki opracowaniu modułu modernizacji do istniejących systemów mikroskopii sił atomowych użytkownicy takich instalacji będą mogli korzystać z nowych rozwiązań bez konieczności porzucania kosztownych, istniejących systemów. Technologia FALCON przyniesie skokową poprawę skuteczności w porównaniu z tradycyjnymi wspornikami z czujnikami optycznymi do pomiarów odchyleń promienia lasera przez wspornik. Wyeliminowanie laserów dodatkowo zwiększy wszechstronność, umożliwiając wykorzystywanie nowej metody w bardziej zróżnicowanych zastosowaniach. Przykładowo, połączenie systemu AFM z innymi technikami mikroskopii umożliwi skorelowane obserwacje mikroskopowe, dające unikalne możliwości charakteryzowania próbek w nanoskali.