(Phys.org)—I ricercatori del NIST Center for Nanoscale Science and Technology hanno sviluppato sensori optomeccanici su chip per la microscopia a forza atomica (AFM) che estendono la gamma di proprietà meccaniche presenti nei cantilever AFM commerciali, potenzialmente consentendo l'uso di questa tecnologia per studiare un'ampia varietà di sistemi fisici. L'AFM è uno strumento importante per la metrologia di superficie che misura le interazioni locali punta-superficie mediante la scansione di una sonda a sbalzo flessibile su una superficie, ma l'ingombrante sistema ottico a spazio libero comunemente utilizzato per rilevare il movimento della sonda impone limiti alla sensibilità e versatilità dello strumento.

In precedenza, il team del NIST aveva dimostrato un'alternativa, piattaforma di rilevamento su scala di chip con un approccio di lettura più versatile in cui una sonda nanocantilever è stata integrata con il rilevamento del movimento interferometrico fornito da un risonatore ottico a bassa perdita che può essere accoppiato tramite fibre ottiche a sorgenti e rilevatori ottici standard. Questo approccio ha raggiunto una notevole sensibilità allo spostamento. Nel lavoro precedente, la costante della molla a sbalzo, o rigidità, è stato fissato ad un valore moderato; però, in altre applicazioni, la costante della molla potrebbe dover essere molto più piccola (per lo studio di materiali morbidi o nel rilevamento di forze deboli) o molto più grande (per l'imaging ad alta risoluzione). Idealmente, questo intervallo di costanti della molla sarebbe raggiunto senza sacrificare la sensibilità allo spostamento o il tempo di risposta.

Nel lavoro attuale, gli autori mostrano che il ridimensionamento geometrico delle dimensioni sia del cantilever che del risonatore ottico può consentire una variazione della costante della molla del cantilever di oltre quattro ordini di grandezza, che vanno da dispositivi dieci volte più morbidi del design originale a quelli mille volte più rigidi. È importante sottolineare che questi cantilever mantengono la loro elevata sensibilità di spostamento e raggiungono tempi di risposta della misurazione centinaia di volte più veloci dei cantilever commerciali con costanti elastiche simili. Il lavoro futuro si concentrerà sull'integrazione di questa piattaforma di sensori in un sistema AFM commerciale.