(PhysOrg.com) -- Le microscope à force atomique (AFM) est un outil important pour la métrologie de surface à l'échelle nanométrique. Les AFM typiques cartographient les interactions pointe-surface locales en balayant une sonde en porte-à-faux flexible sur une surface. Ils s'appuient sur une instrumentation de détection optique encombrante pour mesurer le mouvement de la sonde, ce qui limite la sensibilité, stabilité, et la précision du microscope, et exclut l'utilisation de sondes beaucoup plus petites que la longueur d'onde de la lumière.

Comme indiqué dans Lettres nano , Des chercheurs du CNST ont fabriqué un nouveau capteur intégré combinant une sonde nanomécanique en porte-à-faux avec un interféromètre nanophotonique haute sensibilité sur une seule puce de silicium. Le remplacement du système de détection laser encombrant leur a permis de construire des cantilevers d'ordres de grandeur plus petits que ceux utilisés dans les AFM conventionnels.

Parce que chacune de ces structures plus petites a une masse effective inférieure à un picogramme, la bande passante de détection est considérablement augmentée, réduire le temps de réponse du système à quelques centaines de nanosecondes.

Alors que la rigidité de la sonde a été maintenue comparable à celle des microcantilever conventionnels afin de maintenir un gain mécanique élevé (combien la pointe se déplace lorsqu'elle détecte un changement de force), la taille de la sonde a été réduite à seulement 25 µm de longueur, 260 nm d'épaisseur, et seulement 65 nm de largeur.

La lecture est basée sur « l'optomécanique de la cavité », avec la sonde fabriquée adjacente à une cavité optique de microdisque à un intervalle de moins de 100 nm. En raison de cette séparation étroite, la lumière circulant dans la cavité est fortement influencée par le mouvement de la pointe de la sonde.

La cavité a un facteur de qualité optique (Q) élevé, ce qui signifie que la lumière fait des dizaines de milliers d'allers-retours à l'intérieur de la cavité avant d'en sortir, accumulant tout le temps des informations sur la position de la sonde.

La combinaison d'une petite séparation sonde-cavité et d'un Q élevé confère à l'appareil une sensibilité au mouvement de la sonde à moins de 1 fm/√Hz, tandis que la cavité est capable de détecter les changements de position de la sonde avec une bande passante élevée.

L'ensemble du dispositif est nanofabriqué en un seul, unité monolithique sur une plaquette de silicium. Il est donc compact (chip-scale), auto-aligné, et stable.

Les guides d'ondes à fibre optique couplent la lumière dans et hors du capteur, de sorte qu'il puisse être facilement interfacé avec des sources optiques et des détecteurs standards.

Finalement, par de simples modifications de la géométrie de la sonde, la mécanique de la pointe de la sonde peut être très variée, permettant les différentes combinaisons de gain mécanique et de bande passante nécessaires pour une variété d'applications AFM.