Un gruppo di ricerca francese e giapponese ha sviluppato un nuovo modo di visualizzare il mondo atomico trasformando i dati scansionati da un microscopio a forza atomica in immagini a colori nitide. Il metodo di nuova concezione, che consente l'osservazione di materiali e sostanze come le leghe, semiconduttori, e composti chimici in un tempo relativamente breve, promette di essere ampiamente utilizzato nella ricerca e nello sviluppo di superfici e dispositivi.

Le singole molecole e gli atomi sono molto più piccoli delle lunghezze d'onda della luce che possiamo vedere. La visualizzazione di strutture così minuscole richiede strumenti speciali che spesso forniscono rappresentazioni in bianco e nero delle posizioni degli atomi. I microscopi a forza atomica (AFM) sono tra gli strumenti più potenti disponibili per sondare le superfici a livello di scala atomica. Una punta su scala nanometrica che si muove su una superficie può non solo fornire tutti i tipi di informazioni sulle posizioni fisiche degli atomi, ma anche dati sulle loro proprietà chimiche e sul loro comportamento. Però, molte di queste informazioni vengono perse durante l'elaborazione dei segnali AFM.

Ora, ricercatori centrati presso l'Istituto di scienze industriali (IIS) dell'Università di Tokyo, guidato dal professor Hideki Kawakatsu, hanno creato un nuovo modo di far funzionare gli AFM e visualizzare i dati per estrarre informazioni strutturali e chimiche in modo chiaro, immagini a colori. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati in Lettere di fisica applicata .

"L'AFM è una tecnica estremamente versatile e il nostro approccio di collegare l'altezza della punta dell'AFM alla parte inferiore della curva di frequenza ci ha permesso di eseguire misurazioni contemporaneamente ma senza il rischio di perdere informazioni dalla superficie, " autore principale dello studio Pierre Etienne Allain, un ricercatore post-dottorato LIMMS/CNRS-IIS, dice.

Le persone spesso eseguono misurazioni AFM mantenendo la punta AFM ad un'altezza fissa mentre misurano i cambiamenti nelle sue vibrazioni mentre interagisce con la superficie. In alternativa, è possibile muovere la punta dell'AFM su e giù in modo che la frequenza delle vibrazioni rimanga la stessa. Entrambi questi approcci hanno i loro vantaggi, ma comportano anche degli svantaggi in quanto si può richiedere molto tempo, e l'altro può causare la perdita di informazioni.

I ricercatori guidati da IIS hanno sviluppato un modo per spostare la punta AFM e trasformare i dati in modo che la punta rimanga sopra la superficie in una posizione in cui la frequenza vibrazionale è fortemente influenzata dalla superficie.

Un altro vantaggio di questo approccio è che il modello produce tre variabili, a cui i ricercatori hanno assegnato i colori rosso, blu, e verde, rispettivamente, consentendo loro di produrre immagini a colori. Hanno anche testato con successo il loro metodo su una superficie di silicio.

"Se i colori nell'immagine sono gli stessi, possiamo dire che i segnali provengono dallo stesso tipo di atomo e dintorni, "Il coautore e collega ricercatore postdottorato Denis Damiron afferma. "Questo nuovo modo di rappresentare informazioni chimiche e fisiche complesse da una superficie potrebbe consentirci di sondare i movimenti e il comportamento degli atomi con dettagli senza precedenti".