p (PhysOrg.com) - O microscópio de força atômica (AFM) é uma ferramenta importante para metrologia de superfície em nanoescala. AFMs típicos mapeiam as interações locais ponta-superfície ao escanear uma sonda cantilever flexível sobre uma superfície. Eles contam com instrumentação de detecção óptica volumosa para medir o movimento da sonda, o que limita a sensibilidade, estabilidade, e precisão do microscópio, e impede o uso de sondas muito menores do que o comprimento de onda da luz. p Conforme relatado em Nano Letras , Os pesquisadores do CNST fabricaram um novo sensor integrado combinando uma sonda cantilever nanomecânica com um interferômetro nanofotônico de alta sensibilidade em um único chip de silício. A substituição do volumoso sistema de detecção a laser permitiu que construíssem cantiléveres ordens de magnitude menores do que os usados ​​em AFMs convencionais.

p Como cada uma dessas estruturas menores tem uma massa efetiva menor que um picograma, a largura de banda de detecção é dramaticamente aumentada, reduzindo o tempo de resposta do sistema para algumas centenas de nanossegundos.

p Enquanto a rigidez da sonda foi mantida comparável aos microcantilevers convencionais, a fim de manter alto ganho mecânico (quanto a ponta se move quando detecta uma mudança de força), o tamanho da sonda foi reduzido para apenas 25 µm de comprimento, 260 nm de espessura, e apenas 65 nm de largura.

p A leitura é baseada na "optomecânica da cavidade", com a sonda fabricada adjacente a uma cavidade óptica de microdisco em um intervalo de menos de 100 nm. Devido a esta separação estreita, a luz que circula dentro da cavidade é fortemente influenciada pelo movimento da ponta da sonda.

p A cavidade tem um alto fator de qualidade óptica (Q), o que significa que a luz faz dezenas de milhares de viagens de ida e volta dentro da cavidade antes de vazar para fora dela, o tempo todo acumulando informações sobre a posição da sonda.

p A combinação de pequena separação sonda-cavidade e alto Q dá ao dispositivo a sensibilidade ao movimento da sonda em menos de 1 fm / √Hz, enquanto a cavidade é capaz de detectar mudanças na posição da sonda com alta largura de banda.

p Todo o dispositivo é nanofabricado como um único, unidade monolítica em um wafer de silício. Portanto, é compacto (escala do chip), autoalinhado, e estável.

p Os guias de onda de fibra óptica acoplam a luz para dentro e para fora do sensor, para que possa ser facilmente conectado a fontes e detectores ópticos padrão.

p Finalmente, por meio de mudanças simples na geometria da sonda, a mecânica da ponta da sonda pode ser muito variada, permitindo as diferentes combinações de ganho mecânico e largura de banda necessárias para uma variedade de aplicações AFM.