La microscopie à force atomique (AFM) est une forme de microscopie très sensible qui permet de cartographier une surface avec une résolution quasi atomique. Shaw Wei Kok et ses collègues du Singapore Institute of Manufacturing Technology d'A*STAR ont maintenant développé une méthode de mesure AFM qui peut encore améliorer la sensibilité de la technique.

La nouvelle méthode de mesure des chercheurs est basée sur le mode de cisaillement standard « diapason », l'un des nombreux modes utilisés dans l'AFM. Dans ce mode, une sonde atomiquement pointue est formée sur un bras d'un diapason en quartz et mise en vibration résonante à haute fréquence. Lorsque la sonde est rapprochée de la surface d'un échantillon, l'interaction des forces atomiques donne lieu à une force de cisaillement qui ralentit la vibration. En surveillant ce signal, la sonde et la surface peuvent être maintenues à une séparation constante à l'aide d'un système de rétroaction automatisé, permettant de balayer le profil de hauteur de la surface de l'échantillon avec une résolution à l'échelle atomique.

La résolution d'imagerie maximale pouvant être atteinte par l'AFM en mode de cisaillement basé sur un diapason est limitée par le facteur Q du diapason, ou avec quelle facilité la fourche « sonne ». Le problème, selon Kok et ses collègues, a été que la recherche pour améliorer le facteur Q s'est appuyée sur la fréquence de résonance de la sonde à l'air libre, ce qui n'est pas le même que lorsque la sonde est presque en contact avec la surface - donc pendant le balayage, la sonde fonctionne effectivement hors résonance.

Les chercheurs ont découvert que le contrôle de rétroaction utilisant la deuxième résonance de la sonde près de la surface offre une sensibilité plus élevée que celle utilisant la première, résonance à l'air libre. "Cette découverte est survenue lorsqu'à des distances très proches de la surface, le comportement des oscillations de la pointe était contraire au comportement attendu, ", dit Kok. « Le modèle traditionnel d'un diapason ne pouvait pas expliquer le comportement observé. Sur la base d'un modèle quantitatif alternatif que nous avons développé, nous avons constaté que la sensibilité devrait être plus élevée dans ce deuxième régime de résonance.

Lorsqu'il est utilisé dans ce deuxième régime de résonance, la résolution de l'AFM a considérablement augmenté, et des structures plus fines pourraient être résolues (voir image). Le développement ouvre la voie à des investigations fondamentales, dit Kok. « Nous tirerons parti de la sensibilité obtenue en utilisant le deuxième régime de résonance pour étudier l'interaction de la force de cisaillement atomique entre la sonde AFM et l'échantillon, " dit-il. « Les résultats nous aideront à explorer les caractéristiques des matériaux à l'échelle nanométrique, et pourrait conduire à la découverte d'une nouvelle physique.