Un nouveau type de microscope à force atomique (AFM) utilise des nanofils comme minuscules capteurs. Contrairement à l'AFM standard, le dispositif avec un capteur nanofil permet de mesurer à la fois la taille et la direction des forces. Des physiciens de l'Université de Bâle et de l'EPF Lausanne ont décrit ces résultats dans le récent numéro de Nature Nanotechnologie .

Les nanofils sont des cristaux filamenteux extrêmement minuscules qui sont construits molécule par molécule à partir de divers matériaux et qui sont maintenant très activement étudiés par les scientifiques du monde entier en raison de leurs propriétés exceptionnelles.

Les fils ont normalement un diamètre de 100 nanomètres et ne possèdent donc qu'environ un millième d'épaisseur de cheveux. En raison de cette petite dimension, ils ont une très grande surface par rapport à leur volume. Ce fait, leur petite masse et leur réseau cristallin sans défaut les rendent très attrayants dans une variété d'applications de détection à l'échelle nanométrique, y compris comme capteurs d'échantillons biologiques et chimiques, et comme capteurs de pression ou de charge.

Mesure de la direction et de la taille

L'équipe du professeur Argovia Martino Poggio de l'Institut suisse des nanosciences (SNI) et du Département de physique de l'Université de Bâle a maintenant démontré que les nanofils peuvent également être utilisés comme capteurs de force dans les microscopes à force atomique. Sur la base de leurs propriétés mécaniques particulières, les nanofils vibrent le long de deux axes perpendiculaires à presque la même fréquence. Lorsqu'ils sont intégrés dans un AFM, les chercheurs peuvent mesurer les changements dans les vibrations perpendiculaires causées par différentes forces. Essentiellement, ils utilisent les nanofils comme de minuscules boussoles mécaniques qui indiquent à la fois la direction et la taille des forces environnantes.

Image du champ de force bidimensionnel

Les scientifiques de Bâle décrivent comment ils ont imagé une surface d'échantillon à motifs à l'aide d'un capteur à nanofil. Avec des collègues de l'EPF Lausanne, qui a fait pousser les nanofils, ils ont cartographié le champ de force bidimensionnel au-dessus de la surface de l'échantillon à l'aide de leur « boussole » à nanofils. Comme preuve de principe, ils ont également cartographié les champs de force de test produits par de minuscules électrodes.

L'aspect technique le plus difficile des expériences était la réalisation d'un appareil capable de balayer simultanément un nanofil au-dessus d'une surface et de surveiller sa vibration le long de deux directions perpendiculaires. Avec leur étude, les scientifiques ont démontré un nouveau type d'AFM qui pourrait étendre encore plus les nombreuses applications de la technique.

AFM - aujourd'hui largement utilisé

Le développement de l'AFM il y a 30 ans a été honoré par la remise du Kavli-Prize début septembre de cette année. Le professeur Christoph Gerber du SNI et du Département de physique de l'Université de Bâle est l'un des lauréats, qui a largement contribué à la large utilisation de l'AFM dans différents domaines, y compris la physique du solide, la science des matériaux, la biologie, et médecine.

Les différents types d'AFM sont le plus souvent réalisés en utilisant des porte-à-faux en Si cristallin comme capteur mécanique. « Passer à des capteurs à nanofils beaucoup plus petits peut désormais permettre d'améliorer encore davantage une technique déjà incroyablement réussie », Martino Poggio commente sa démarche.