Des chercheurs de la McCormick School of Engineering and Applied Science de la Northwestern University ont développé, caractérisé, et modélisé un nouveau type de sonde utilisée en microscopie à force atomique (AFM), quelles images, les mesures, et manipule la matière à l'échelle nanométrique.

En utilisant le diamant, les chercheurs ont fabriqué une sonde beaucoup plus durable que les sondes au nitrure de silicium disponibles dans le commerce, qui sont généralement utilisés dans l'AFM pour recueillir des informations à partir d'un matériau, mais peut s'user après plusieurs utilisations.

Horacio Espinosa, James et Nancy Farley professeur de fabrication et d'entrepreneuriat, et son étudiant diplômé Ravi Agrawal ont montré que les sondes de microscopie à force atomique en diamant sont 10 fois plus durables que les sondes en nitrure de silicium.

Leurs résultats ont été récemment publiés dans le Journal de physique appliquée .

« Il est bien connu que le diamant devrait fonctionner bien mieux que les autres matériaux de sonde, " dit Espinosa. " Cependant, la quantification rigoureuse de l'usure et le développement de modèles dotés de capacités prédictives sont restés insaisissables. C'était passionnant de découvrir que les sondes en diamant sont d'un ordre de grandeur plus résistantes à l'usure que les sondes en nitrure de silicium et qu'un seul modèle peut prédire l'usure des deux matériaux."

Dans l'étude, des tests d'usure ont été effectués à l'aide de sondes AFM fabriquées à partir de différents matériaux - nitrure de silicium, le diamant ultrananocristallin (UNCD) et l'UNCD dopé à l'azote — en les balayant à travers un substrat UNCD dur. Laboratoire National d'Argonne, où l'UNCD a été inventée à l'origine, a également soutenu ce travail en fournissant de l'UNCD dopé à l'azote. Les sondes ont été fabriquées en interne et également fournies par Advanced Diamond Technologies, Inc. (ADT).

"Il a fallu beaucoup d'efforts pour développer UNCD en une pointe acérée. Nous devions optimiser les étapes initiales de la croissance du diamant pour former des structures nanométriques avec des résultats cohérents. C'est vraiment agréable de constater que ce travail a porté ses fruits pour démontrer que les sondes UNCD sont assez résistant à l'usure, que nous avons prédit, " a déclaré Nicolaie Moldovan, un ancien professeur de recherche à la Northwestern University impliqué dans la fabrication des sondes UNCD. Moldovan est désormais expert en microfabrication chez Advanced Diamond Technologies, Inc.

En plus de caractériser la sonde, les chercheurs ont également créé un modèle qui peut prédire l'usure d'une pointe de sonde.

« Le développement d'un modèle général doté de capacités prédictives est une étape importante. Cet effort a également permis de mieux comprendre comment l'adhérence interfaciale entre la sonde et le substrat est liée à la résistance à l'usure des sondes AFM, " dit Agrawal.

Neil Kane, président de l'ADT, mentionné, "Les résultats rapportés dans cette enquête sont impressionnants en montrant l'amélioration de la résistance à l'usure des sondes en diamant. Ce travail a en partie inspiré le développement de nos NaDiaProbes® disponibles dans le commerce."

Le papier, rédigé par Agrawal, Moldave, et Espinosa, a également été sélectionné pour le 5 octobre, numéro 2009 de la Journal virtuel de la science et de la technologie à l'échelle nanométrique (www.vjnano.org).

Source :Université Northwestern