Gli scienziati del National Institute of Standards and Technology hanno sviluppato un modo per misurare l'usura e il degrado delle sonde microscopiche utilizzate per studiare le strutture su nanoscala in situ e mentre sta accadendo. La loro tecnica può accelerare notevolmente e migliorare l'accuratezza delle misurazioni su nanoscala più precise e delicate eseguite con la microscopia a forza atomica (AFM).

Se stai cercando di misurare i contorni di una superficie con un righello che si sgretola mentre lavori, allora devi almeno sapere quanto velocemente e in che misura viene consumato durante la misurazione.

Questa è stata la sfida per ricercatori e produttori che cercavano di creare immagini delle superfici di nanomateriali e nanostrutture. Scattare una foto è impossibile su scale così piccole, così i ricercatori usano microscopi a forza atomica. Pensa a un dispositivo come l'ago di un fonografo in uso, su scala nanometrica, per misurare i picchi e le valli mentre viene trascinato avanti e indietro su una superficie. Questi dispositivi sono ampiamente utilizzati nell'imaging su nanoscala per misurare i contorni delle nanostrutture, ma le punte AFM sono così piccole che tendono a consumarsi mentre attraversano la superficie da misurare.

Oggi, la maggior parte dei ricercatori interrompe la misurazione per "scattare una foto" della punta con un microscopio elettronico, un metodo che richiede tempo soggetto a imprecisioni.

L'ingegnere dei materiali del NIST Jason Killgore ha sviluppato un metodo per misurare in tempo reale il grado di usura delle punte AFM. Killgore misura la frequenza di risonanza della punta del sensore AFM, un tasso di vibrazione naturale come quello di un diapason, mentre lo strumento è in uso. Poiché le modifiche alle dimensioni e alla forma della punta influiscono sulla sua frequenza di risonanza, è in grado di misurare la dimensione della punta dell'AFM mentre funziona, con incrementi di un decimo di nanometro, risoluzione su scala essenzialmente atomica. La tecnica, chiamata microscopia a forza di risonanza di contatto, è descritto in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Piccolo .

L'impatto potenziale di questo sviluppo è considerevole. Migliaia di AFM sono in uso nelle università, stabilimenti di produzione e strutture di ricerca e sviluppo in tutto il mondo. Migliorando la loro capacità di misurare e visualizzare dispositivi di dimensioni nanometriche migliorerà la qualità e l'efficacia di tali dispositivi. Un altro vantaggio è che lo sviluppo di nuove punte di misurazione e lo studio delle proprietà dei nuovi materiali utilizzati in tali punte sarà molto più semplice e veloce, dato il feedback immediato sui tassi di usura.