Des scientifiques de l'Institut national des normes et de la technologie ont mis au point un moyen de mesurer l'usure et la dégradation des sondes microscopiques utilisées pour étudier les structures nanométriques in situ et en temps réel. Leur technique peut à la fois accélérer et améliorer considérablement la précision des mesures nanométriques les plus précises et les plus délicates effectuées avec la microscopie à force atomique (AFM).

Si vous essayez de mesurer les contours d'une surface avec une règle qui s'effrite pendant que vous travaillez, alors vous devez au moins savoir à quelle vitesse et dans quelle mesure il s'use pendant la mesure.

Cela a été le défi pour les chercheurs et les fabricants essayant de créer des images des surfaces des nanomatériaux et des nanostructures. Prendre une photo est impossible à si petite échelle, les chercheurs utilisent donc des microscopes à force atomique. Pensez à un appareil comme une aiguille de phonographe utilisé, à l'échelle nanométrique, pour mesurer les pics et les vallées lorsqu'il se déplace d'avant en arrière sur une surface. Ces dispositifs sont largement utilisés en imagerie nanométrique pour mesurer les contours de nanostructures, mais les pointes de l'AFM sont si petites qu'elles ont tendance à s'user lorsqu'elles traversent la surface mesurée.

Aujourd'hui, la plupart des chercheurs arrêtent la mesure pour « prendre une photo » de la pointe avec un microscope électronique, une méthode chronophage sujette à des inexactitudes.

L'ingénieur en matériaux du NIST, Jason Killgore, a développé une méthode pour mesurer en temps réel le degré d'usure des pointes AFM. Killgore mesure la fréquence de résonance de la pointe du capteur AFM, un taux de vibration naturel comme celui d'un diapason, pendant l'utilisation de l'instrument. Parce que les changements de taille et de forme de la pointe affectent sa fréquence de résonance, il est capable de mesurer la taille de la pointe de l'AFM pendant qu'il fonctionne - par incréments d'un dixième de nanomètre, résolution essentiellement à l'échelle atomique. La technique, appelée microscopie à force de résonance de contact, est décrit dans un article récemment publié dans la revue Petit .

L'impact potentiel de ce développement est considérable. Des milliers d'AFM sont utilisés dans les universités, usines de fabrication et installations de recherche et développement dans le monde entier. L'amélioration de leur capacité à mesurer et à imager des appareils nanométriques améliorera la qualité et l'efficacité de ces appareils. Un autre avantage est que le développement de nouvelles pointes de mesure et l'étude des propriétés des nouveaux matériaux utilisés dans ces pointes seront beaucoup plus faciles et plus rapides, compte tenu du retour immédiat sur les taux d'usure.