Un nuovo tipo di microscopio a forza atomica (AFM) utilizza i nanofili come minuscoli sensori. A differenza dell'AFM standard, il dispositivo con un sensore a nanofili consente misurazioni sia della dimensione che della direzione delle forze. I fisici dell'Università di Basilea e dell'EPF di Losanna hanno descritto questi risultati nel recente numero di Nanotecnologia della natura .

I nanofili sono cristalli filamentosi estremamente piccoli che sono costituiti molecola per molecola da vari materiali e che ora vengono studiati molto attivamente dagli scienziati di tutto il mondo a causa delle loro proprietà eccezionali.

I fili hanno normalmente un diametro di 100 nanometri e quindi possiedono solo circa un millesimo di spessore del capello. A causa di questa piccola dimensione, hanno una superficie molto ampia rispetto al loro volume. Questo fatto, la loro piccola massa e il reticolo cristallino impeccabile li rendono molto attraenti in una varietà di applicazioni di rilevamento su scala nanometrica, anche come sensori di campioni biologici e chimici, e come sensori di pressione o di carica.

Misurazione della direzione e delle dimensioni

Il team del professore di Argovia Martino Poggio dello Swiss Nanoscience Institute (SNI) e del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea ha ora dimostrato che i nanofili possono essere utilizzati anche come sensori di forza nei microscopi a forza atomica. In base alle loro speciali proprietà meccaniche, i nanofili vibrano lungo due assi perpendicolari quasi alla stessa frequenza. Quando sono integrati in un AFM, i ricercatori possono misurare i cambiamenti nelle vibrazioni perpendicolari causate da forze diverse. Essenzialmente, usano i nanofili come minuscole bussole meccaniche che indicano sia la direzione che la dimensione delle forze circostanti.

Immagine del campo di forza bidimensionale

Gli scienziati di Basilea descrivono come hanno ripreso la superficie di un campione modellato utilizzando un sensore a nanofili. Insieme ai colleghi dell'EPF Losanna, chi ha fatto crescere i nanofili, hanno mappato il campo di forza bidimensionale sopra la superficie del campione usando la loro "bussola" di nanofili. Come prova di principio, hanno anche mappato i campi di forza di prova prodotti da minuscoli elettrodi.

L'aspetto tecnico più impegnativo degli esperimenti è stata la realizzazione di un apparato in grado di scansionare contemporaneamente un nanofilo sopra una superficie e monitorarne la vibrazione lungo due direzioni perpendicolari. Con il loro studio, gli scienziati hanno dimostrato un nuovo tipo di AFM che potrebbe estendere ulteriormente le numerose applicazioni della tecnica.

AFM - oggi ampiamente utilizzato

Lo sviluppo dell'AFM 30 anni fa è stato onorato con il conferimento del Premio Kavli all'inizio di settembre di quest'anno. Il professor Christoph Gerber del SNI e del Dipartimento di Fisica dell'Università di Basilea è uno dei vincitori, che ha contribuito in modo sostanziale all'ampio utilizzo dell'AFM in diversi campi, compresa la fisica dello stato solido, scienza dei materiali, biologia, e medicina.

I vari tipi di AFM vengono spesso eseguiti utilizzando cantilever realizzati in Si cristallino come sensore meccanico. "Il passaggio a sensori a nanocavi molto più piccoli potrebbe ora consentire ulteriori miglioramenti su una tecnica già sorprendentemente riuscita", Martino Poggio commenta il suo approccio.