La microscopia a forza atomica (AFM) è una forma di microscopia altamente sensibile che consente di mappare una superficie con una risoluzione quasi atomica. Shaw Wei Kok e i colleghi del Singapore Institute of Manufacturing Technology di A*STAR hanno ora sviluppato un metodo di misurazione AFM che può migliorare ulteriormente la sensibilità della tecnica.

Il nuovo metodo di misurazione dei ricercatori si basa sulla modalità di taglio "diapason" standard, una delle tante modalità utilizzate nell'AFM. In questa modalità, una sonda atomicamente affilata è formata su un braccio di un diapason al quarzo e impostata in una vibrazione risonante ad alta frequenza. Quando la sonda viene avvicinata alla superficie di un campione, l'interazione delle forze atomiche dà luogo ad una forza di taglio che rallenta la vibrazione. Monitorando questo segnale, la sonda e la superficie possono essere mantenute a una separazione costante utilizzando un sistema di feedback automatizzato, consentendo la scansione del profilo in altezza della superficie del campione con risoluzione su scala atomica.

La massima risoluzione dell'immagine che può essere ottenuta mediante l'AFM in modalità shear basata sul diapason è limitata dal fattore Q del diapason, o quanto facilmente la forcella "squilla". Il problema, secondo Kok e i suoi colleghi, è stato che la ricerca per migliorare il fattore Q si è basata sulla frequenza di risonanza della sonda in aria libera, che non è lo stesso di quando la sonda è quasi a contatto con la superficie, quindi durante la scansione la sonda opera effettivamente in modalità off-resonance.

I ricercatori hanno scoperto che il controllo del feedback utilizzando la seconda risonanza della sonda quando vicino alla superficie fornisce una sensibilità maggiore rispetto a quella utilizzando la prima, risonanza in aria libera. “Questa scoperta è nata quando a distanze molto ravvicinate dalla superficie il comportamento delle oscillazioni della punta era contrario al comportamento previsto, "dice Kok. “Il modello tradizionale di un diapason non poteva spiegare il comportamento osservato. Sulla base di un modello quantitativo alternativo che abbiamo sviluppato, abbiamo scoperto che la sensibilità dovrebbe essere più alta in questo secondo regime di risonanza”.

Quando operato in questo secondo regime di risonanza, la risoluzione di AFM è aumentata notevolmente, e le strutture più fini potrebbero essere risolte (vedi immagine). Lo sviluppo apre la strada a indagini fondamentali, dice Kok. “Sfrutteremo la sensibilità ottenuta utilizzando il secondo regime di risonanza per studiare l'interazione della forza di taglio atomica tra la sonda AFM e il campione, "dice. “I risultati ci aiuteranno a esplorare le caratteristiche dei materiali su scala nanometrica, e potrebbe portare alla scoperta di una nuova fisica”.