(Phys.org) - Des chercheurs du NIST Center for Nanoscale Science and Technology ont développé des capteurs optomécaniques sur puce pour la microscopie à force atomique (AFM) qui étendent la gamme de propriétés mécaniques trouvées dans les cantilevers AFM commerciaux, permettant potentiellement l'utilisation de cette technologie pour étudier une grande variété de systèmes physiques. L'AFM est un outil important pour la métrologie de surface qui mesure les interactions locales pointe-surface en balayant une sonde flexible en porte-à-faux sur une surface, mais le système optique en espace libre encombrant couramment utilisé pour détecter le mouvement de la sonde impose des limites à la sensibilité et à la polyvalence de l'outil.

Précédemment, l'équipe du NIST avait démontré une alternative, plate-forme de détection à l'échelle de la puce avec une approche de lecture plus polyvalente dans laquelle une sonde nanocantilever a été intégrée à la détection de mouvement interférométrique fournie par un résonateur optique à faible perte qui peut être couplé par fibre optique à des sources optiques et des détecteurs standard. Cette approche a atteint une sensibilité de déplacement remarquable. Dans le travail précédent, la constante du ressort en porte-à-faux, ou raideur, a été fixé à une valeur modérée; cependant, dans d'autres applications, la constante de ressort peut devoir être beaucoup plus petite (pour l'étude des matériaux mous ou en détection de force faible) ou beaucoup plus grande (pour l'imagerie haute résolution). Idéalement, cette plage de constantes de ressort serait atteinte sans sacrifier la sensibilité de déplacement ou le temps de réponse.

Dans les travaux en cours, les auteurs montrent que la mise à l'échelle géométrique des dimensions à la fois du porte-à-faux et du résonateur optique peut permettre une variation de la constante de ressort du porte-à-faux de plus de quatre ordres de grandeur, allant d'appareils dix fois plus souples que la conception d'origine à ceux qui sont mille fois plus rigides. Surtout, ces cantilevers conservent leur sensibilité de déplacement élevée et atteignent des temps de réponse de mesure des centaines de fois plus rapides que les cantilevers commerciaux avec des constantes de ressort similaires. Les travaux futurs se concentreront sur l'intégration de cette plate-forme de capteurs dans un système AFM commercial.