É um dos instrumentos de medição mais precisos disponíveis hoje:o microscópio de alto desempenho do Instituto de Física Aplicada da TU Wien adquire imagens de átomos individuais movendo a ponta de uma agulha fina sobre uma superfície. A posição desta ponta deve ser controlada com uma precisão na faixa dos picômetros, ou seja, bilionésimos de milímetro. "Isso é semelhante a controlar uma agulha com o comprimento de todo o diâmetro da Terra com a precisão de um milímetro, "explica o Prof. Michael Schmid do Instituto de Física Aplicada da TU Wien.

Qualquer tipo de vibração torna o microscópio inutilizável, portanto, obter o melhor desempenho de tal instrumento é um sério desafio técnico. Na TU Wien, isso foi conseguido com uma configuração especial que amortece as vibrações a um nível muito baixo; mesmo vibrações com uma frequência muito baixa, quais são os mais difíceis de controlar. Todo o instrumento de 1 tonelada está pendurado em cordas elásticas, e um sistema de controle eletrônico ajusta a suspensão para mantê-la nivelada. Este sistema desenvolvido recentemente foi patenteado.

Fazendo medições no centro de Viena

"Outros grupos de pesquisa operam microscópios semelhantes em porões separados, ou em edifícios especialmente projetados, "diz a Prof. Ulrike Diebold. Ela recebeu o Prêmio Wittgenstein de 2013, e parte de seu prêmio em dinheiro foi usado para comprar este microscópio de alto desempenho que combina microscopia de tunelamento de varredura com microscopia de força atômica. "Quando menciono em conferências que tocamos nosso instrumento em um arranha-céu no meio de Viena, diretamente acima do metrô, colegas estão surpresos. "

"Rapidamente percebemos que o amortecimento de vibração convencional não seria suficiente em nosso caso, "diz Michael Schmid." As soluções disponíveis comercialmente filtram vibrações de alta frequência, mas é difícil livrar-se das baixas frequências. "

Michael Schmid primeiro analisou as vibrações:o vento faz com que o edifício oscile a uma frequência de alguns Hertz, e o metrô excita vibrações cada vez que passa por baixo. Algum trabalho genuíno de detetive foi necessário para encontrar, por exemplo, a origem de uma vibração misteriosa de 20 Hertz que era tão forte que tornava as medições impossíveis - mas apenas em determinados momentos do dia. "Demorou um pouco para perceber que essa vibração é causada por compressores no porão que são usados ​​para liquefazer o hélio, "diz Michael Schmid.

O problema de vibração foi finalmente resolvido suspendendo o microscópio no teto, junto com toda a sua carcaça de metal. Ele se pendura em cordas elásticas, pois elas têm propriedades elásticas que são particularmente adequadas para amortecer vibrações de baixa frequência. Os cabos foram entrelaçados em um arranjo especial para amortecer simultaneamente as vibrações que vêm de diferentes direções. O dispositivo flutua cerca de dois milímetros acima do solo, e a distância é monitorada com sensores de posição. Se a altura mudar, o sistema é reajustado automaticamente puxando cabos elásticos adicionais com um dos três motores elétricos separados. "Isso é importante porque o peso está mudando durante os experimentos, "explica Michael Schmid." Usamos nitrogênio líquido para resfriar nossas amostras. Quando o nitrogênio evapora, uma parte fica mais leve, mas a construção geral deve permanecer exatamente horizontal. "

Imagens perfeitas

Com esta suspensão especial, foi possível explorar todo o potencial do microscópio de alto desempenho, apesar da localização desfavorável. "A alternativa teria sido procurar um espaço de laboratório em um prédio diferente, mas isso teria outras desvantagens, "diz Ulrike Diebold." Em outro lugar, não teríamos acesso fácil a nitrogênio líquido e hélio líquido. A infraestrutura é excelente aqui na Freihaus da TU Wien no centro da cidade. Apenas as condições de vibração são tudo menos ideais. "

Inúmeras medições foram realizadas com o amortecimento de vibração especial e já resultaram em várias publicações científicas. Agora, a invenção foi patenteada com o apoio do apoio de pesquisa e transferência da TU Wien. “É claro que esperamos que outras instituições adotem nossa ideia e também melhorem seus resultados tão drasticamente quanto nós, "diz Michael Schmid.