Нанопроволока как сенсор в атомно-силовом микроскопе нового типа

Нанопроволоки — это чрезвычайно крошечные нитевидные кристаллы, которые строятся молекула за молекулой из различных материалов и которые в настоящее время очень активно изучаются учеными всего мира из-за их исключительных свойств.
Проволока обычно имеет диаметр 100 нанометров и, следовательно, составляет около одной тысячной толщины волоса. Из-за этого крошечного размера они имеют очень большую поверхность по сравнению с их объемом.

Этот факт, их малая масса и безупречная кристаллическая решетка делают их очень привлекательными для применения в различных областях измерения нанометрового масштаба, в том числе в качестве датчиков биологических и химических образцов, а также датчиков давления или заряда.
Измерение направления и размера

Команда профессора Мартино Поджио из Швейцарского нанонаучного института (SNI) и факультета физики Базельского университета в Арговии продемонстрировала, что нанопровода также можно использовать в качестве датчиков силы в атомных силовых микроскопах. Благодаря своим особым механическим свойствам, нанопроволоки колеблются вдоль двух перпендикулярных осей почти с одинаковой частотой. Когда они интегрированы в АСМ, исследователи могут измерять изменения перпендикулярных колебаний, вызванные различными силами.

По сути, они используют нанопровода как крошечные механические компасы, которые указывают направление и размер окружающих сил.
Изображение двумерного силового поля

Ученые из Базеля описывают, как они визуализировали узорчатую поверхность образца с помощью датчика на основе нанопроволоки. Вместе с коллегами из EPF Lausanne, которые выращивали нанопроволоки, они нанесли на карту двумерное силовое поле над поверхностью образца с помощью своего компаса из нанопроволоки."В качестве доказательства принципа они также нанесли на карту испытательные силовые поля, создаваемые крошечными электродами.
Самым сложным техническим аспектом экспериментов была реализация устройства, которое могло бы одновременно сканировать нанопроволоку над поверхностью и контролировать ее вибрацию в двух перпендикулярных направлениях.

В ходе своего исследования ученые продемонстрировали новый тип АСМ, который может еще больше расширить возможности этого метода.
AFM — сегодня широко используется
Разработка AFM 30 лет назад была отмечена присуждением премии Кавли в начале сентября этого года. Профессор Кристоф Гербер из SNI и факультета физики Базельского университета — один из лауреатов премии, внесший значительный вклад в широкое использование АСМ в различных областях, включая физику твердого тела, материаловедение, биологию и медицину.

Различные типы АСМ чаще всего выполняются с использованием кантилеверов из кристаллического Si в качестве механического датчика. «Переход к гораздо меньшим датчикам на основе нанопроволоки может теперь позволить еще больше усовершенствовать и без того удивительно успешную технику», — комментирует свой подход Мартино Поджио.

Портал обо всем