(Phys.org) -- Un nuovo semplice miglioramento di un componente essenziale del microscopio potrebbe migliorare notevolmente l'imaging per i ricercatori che studiano i piccolissimi, dalle cellule ai chip dei computer.

Giuseppe Lyding, un professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università dell'Illinois, ha guidato un gruppo che ha sviluppato una nuova tecnica di affilatura della sonda per microscopio. La tecnica è descritta nella ricerca pubblicata questa settimana sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

I microscopi a scansione di sonda forniscono immagini di strutture minuscole ad alta risoluzione su scala atomica. La punta della sonda sfiora la superficie di un campione per misurare meccanicamente, proprietà elettriche o chimiche. Tali microscopi sono ampiamente utilizzati tra i ricercatori che lavorano con strutture minuscole in campi dalla nanotecnologia alla biologia cellulare.

I laboratori possono spendere centinaia di migliaia di dollari per uno strumento elegante, ad esempio un microscopio a effetto tunnel (STM) o un microscopio a forza atomica (AFM), ma la qualità dei dati dipende dalla sonda. Le sonde possono degradarsi rapidamente con l'uso, logorarsi e perdere la risoluzione. In tali casi, il ricercatore deve quindi interrompere la scansione e sostituire la punta.

“Per metterlo in prospettiva, se avessi una macchina da corsa costosa ma ci metti le gomme della bicicletta, non sarebbe una buona macchina, "Ha detto Lyding.

Per dare forma ai suggerimenti, i ricercatori sparano un flusso di ioni sulla punta. Il materiale schizza via quando gli ioni si scontrano con la punta, spazzando via la sonda. Un giorno in laboratorio, dopo l'ennesimo errore di punta, Lyding aveva il semplice, nuova idea di applicare una tensione corrispondente alla punta per deviare gli ioni in ingresso. Quando viene applicata una tensione a un oggetto appuntito, il campo elettrico diventa più forte man mano che il punto si restringe. Perciò, gli ioni che si avvicinano alla parte più affilata della punta elettrificata vengono deviati maggiormente.

“Questo fa sì che gli ioni rimuovano il materiale intorno a quella parte tagliente, non sulla parte tagliente stessa, e questo lo rende più nitido, "Ha detto Lyding. "Conservi la punta e affili ciò che le sta intorno."

Lyding e lo studente laureato Scott Schmucker hanno acquistato una pistola a ioni poco costosa e hanno testato l'idea di Lyding. Ha funzionato magnificamente. Le punte STM con un raggio iniziale di 100 nanometri sono state affinate fino a raggiungere una punta affilata di 1 nanometro, ottenendo una risoluzione estremamente elevata. Inoltre, il processo di sputtering funziona con qualsiasi materiale elettricamente conduttivo.

Ma una volta che le sonde sono ultra-affilate, cosa impedisce loro di consumarsi rapidamente come le altre sonde? Lyding e Schmucker hanno poi collaborato con il professore di chimica della University of I. Gregory Girolami e il professore di scienza dei materiali e ingegneria John Abelson, i cui gruppi avevano dimostrato rivestimenti per semiconduttori di silicio fatti di un materiale chiamato diboruro di afnio. I rivestimenti sono 10 volte più duri del metallo solitamente utilizzato per realizzare le punte STM, ma sono anche metallici, la proprietà chiave per il processo di polverizzazione ionica.

Il gruppo ha applicato i rivestimenti di diboruro di afnio alle loro sonde, li sputacchiò ulteriormente, e ha scoperto che le sonde risultanti sono stabili, durevole ed eccelle nei tipi di applicazioni di microscopia e modellazione per le quali vengono utilizzate tali punte.

“Nessun altro fa sonde con la combinazione di taglienti, conduzione dura e metallica, "disse Lyding, che è anche affiliato al Beckman Institute for Advanced Science and Technology presso l'U. of I. “Puoi trovare l'uno o l'altro ma non tutti e tre. C'è una grande richiesta per questo.”

I ricercatori ora si stanno muovendo per commercializzare il loro duro, sonde taglienti. Hanno ricevuto un brevetto e hanno avviato una società chiamata Tiptek per iniziare la produzione. Stanno anche espandendo la loro tecnica di affilatura per includere sonde AFM e STM, e stanno sviluppando tecniche di elaborazione batch per una maggiore produttività.

"Quando le persone fanno i suggerimenti AFM, li fanno su wafer, centinaia di suggerimenti alla volta, "disse Lyding. "La metodologia che stiamo sviluppando ci consente di elaborare l'intero wafer come un'unità in modo che tutti i 400 suggerimenti vengano eseguiti contemporaneamente".

L'Ufficio di Ricerca Navale, la Defense Advanced Research Project Agency e la National Science Foundation hanno sostenuto questo lavoro.