A microscopia de força atômica (AFM) é uma forma altamente sensível de microscopia que permite mapear uma superfície com resolução quase atômica. Shaw Wei Kok e colegas do Instituto de Tecnologia de Fabricação de Cingapura da A * STAR desenvolveram agora um método de medição AFM que pode melhorar ainda mais a sensibilidade da técnica.

O novo método de medição dos pesquisadores é baseado no modo de cisalhamento "diapasão" padrão - um dos muitos modos usados ​​no AFM. Neste modo, uma sonda atomicamente afiada é formada em um braço de um diapasão de quartzo e colocada em vibração ressonante de alta frequência. Quando a sonda é aproximada da superfície de uma amostra, a interação das forças atômicas dá origem a uma força de cisalhamento que retarda a vibração. Ao monitorar este sinal, a sonda e a superfície podem ser mantidas em uma separação constante usando um sistema de feedback automatizado, permitindo que o perfil de altura da superfície da amostra seja varrido com resolução em escala atômica.

A resolução de imagem máxima que pode ser alcançada ajustando AFM em modo de cisalhamento baseado em diapasão é limitada pelo fator Q do diapasão, ou com que facilidade o garfo 'toca'. O problema, de acordo com Kok e seus colegas, foi que a pesquisa para melhorar o fator Q baseou-se na frequência ressonante da sonda no ar livre, o que não é o mesmo que quando a ponta de prova está quase em contato com a superfície - portanto, durante a varredura, a ponta de prova está efetivamente operando fora da ressonância.

Os pesquisadores descobriram que o controle de feedback usando a segunda ressonância da sonda, quando perto da superfície, fornece maior sensibilidade do que usando a primeira, ressonância de ar livre. “Essa descoberta surgiu quando a distâncias muito próximas da superfície o comportamento das oscilações da ponta era contrário ao comportamento esperado, ”Diz Kok. “O modelo tradicional de diapasão não explicava o comportamento observado. Com base em um modelo quantitativo alternativo que desenvolvemos, descobrimos que a sensibilidade deve ser maior neste segundo regime de ressonância. ”

Quando operado neste segundo regime de ressonância, a resolução de AFM aumentou consideravelmente, e estruturas mais finas podem ser resolvidas (veja a imagem). O desenvolvimento abre caminho para investigações fundamentais, diz Kok. “Vamos alavancar a sensibilidade obtida usando o segundo regime de ressonância para investigar a interação da força de cisalhamento atômica entre a sonda de AFM e a amostra, ”Diz ele. “Os resultados nos ajudarão a explorar as características do material em nanoescala, e pode levar à descoberta de uma nova física. ”