Attualmente, i microscopi a forza atomica (AFM) sono uno degli strumenti più utilizzati per l'imaging, misurazione, e manipolare la materia su scala nanometrica. Uno dei componenti chiave di un AFM è un oscillatore su microscala, che scansiona le caratteristiche topografiche di un campione. Sfortunatamente, però, la fabbricazione di oscillatori su microscala è un processo complesso e costoso.

In un nuovo articolo pubblicato su Nanotecnologia , un team di ricercatori del Laboratoire de Physique Statistique dell'École Normale Supérieure, CNRS, a Parigi, hanno dimostrato che un diapason in alluminio lungo 7 centimetri può sostituire l'oscillatore a microscala in un AFM, e continuano a produrre immagini di risoluzione su scala nanometrica e di pari qualità.

"Per analogia, sentire una rugosità di 100 nm con uno strumento lungo 7 cm è come sentire lo spessore di un virus sotto l'antenna della torre Eiffel, " ha detto il coautore Antoine Niguès all'École Normale Supérieure Phys.org . "Inoltre, l'uso di questo grande diapason riduce notevolmente i costi di fabbricazione dell'AFM e ne semplifica notevolmente l'utilizzo."

Inoltre, l'AFM modificato, che i ricercatori chiamano "MicroMegascope, " può immaginare oggetti che sono immersi in un liquido senza alcuna perdita di qualità, e senza richiedere alcuna regolazione. Questo è un grande vantaggio rispetto agli AFM convenzionali, che soffrono di una ridotta qualità dell'immagine e richiedono sonde alternative per funzionare in ambienti liquidi.

Da quando l'AFM è stato inventato per la prima volta a metà degli anni '80 dagli scienziati IBM Gerd Binnig, Calvin Quate e Christoph Gerber, è diventato uno strumento di laboratorio standard con un'ampia varietà di applicazioni, dalla materia condensata alla materia biologica. Un AFM crea una mappa topografica della superficie di un oggetto scansionando il micro-oscillatore sulla superficie. Quando il microoscillatore si avvicina alla superficie, le forze di interazione tra la sua punta e il campione inducono cambiamenti nel movimento meccanico dell'oscillatore. Misurando questi cambiamenti, la topografia del campione può essere ricostruita con risoluzione su scala nanometrica.

Il MicroMegascope funziona più o meno allo stesso modo di un AFM convenzionale, tranne per il fatto che utilizza un diapason della scala centimetrica come oscillatore. Il diapason relativamente grande, che ha una punta affilata in tungsteno incollata all'estremità di un polo, si comporta essenzialmente come un sistema massa-molla. Un accelerometro incollato su un polo misura l'accelerazione del diapason, che è direttamente proporzionale alla sua ampiezza di oscillazione. I ricercatori hanno dimostrato che, nonostante le grandi dimensioni e massa del diapason, le immagini ottenute dal MicroMegascope hanno una qualità paragonabile a quelle ottenute dagli AFM convenzionali, senza le formidabili sfide di fabbricazione.

I ricercatori sperano che, nel futuro, il MicroMegascope estenderà ulteriormente la versatilità degli AFM. A causa delle maggiori dimensioni dell'oscillatore, è possibile collegare non solo punte su scala nanometrica ma anche, Per esempio, punte sferiche macroscopiche. Inoltre, l'oscillatore ha una maggiore stabilità, insieme alla capacità di operare in ambienti liquidi ad alta viscosità. Tutte queste capacità possono aprire le porte a nuove applicazioni di imaging.

"Stiamo già utilizzando il MicroMegascope per sondare le forze fondamentali su scala nanometrica e misurare il loro impatto su scala macro, " disse Nigues.

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