p (Phys.org) - Uma nova melhoria simples em um componente essencial do microscópio poderia melhorar muito a imagem para pesquisadores que estudam os muito pequenos, de células a chips de computador. p Joseph Lyding, professor de engenharia elétrica e da computação na Universidade de Illinois, liderou um grupo que desenvolveu uma nova técnica de afiação de sonda de microscópio. A técnica é descrita em pesquisa publicada nesta semana na revista. Nature Communications .

p Microscópios de varredura fornecem imagens de estruturas minúsculas com alta resolução em escala atômica. A ponta da sonda roça a superfície de uma amostra para medir mecânica, propriedades elétricas ou químicas. Esses microscópios são amplamente usados ​​por pesquisadores que trabalham com estruturas minúsculas em campos que vão da nanotecnologia à biologia celular.

p Os laboratórios podem gastar centenas de milhares de dólares em um instrumento elegante - por exemplo, um microscópio de tunelamento de varredura (STM) ou um microscópio de força atômica (AFM) - mas a qualidade dos dados depende da sonda. As sondas podem degradar rapidamente com o uso, desgastando e perdendo resolução. Em tais casos, o pesquisador então deve interromper a varredura e substituir a ponta.

p “Para colocar em perspectiva, se você tivesse um carro de corrida caro, mas colocasse pneus de bicicleta nele, não seria um carro muito bom, ”Lyding disse.

p Para moldar dicas, os pesquisadores disparam uma corrente de íons na ponta. O material estala quando os íons colidem com a ponta, reduzindo a sonda. Um dia no laboratório, depois de mais uma falha de dica, Lyding tinha o simples, ideia inovadora de aplicar uma voltagem correspondente à ponta para desviar os íons que chegam. Quando uma tensão é aplicada a um objeto pontiagudo, o campo elétrico fica mais forte à medida que o ponto se estreita. Portanto, íons que se aproximam da parte mais afiada da ponta eletrificada são os mais desviados.

p “Isso faz com que os íons removam o material em torno dessa parte pontiaguda, não na própria parte afiada, e isso o torna mais nítido, ”Lyding disse. “Você preserva o ponto e afia o que está ao seu redor.”

p Lyding e o estudante de graduação Scott Schmucker compraram uma arma de íons barata e testou a ideia de Lyding. Funcionou lindamente. As pontas STM com um raio inicial de 100 nanômetros foram afiadas para um ponto nítido de 1 nanômetro, rendendo resolução extremamente alta. Além disso, o processo de pulverização catódica funciona com qualquer material eletricamente condutor.

p Mas, uma vez que as sondas são ultra-nítidas, o que evita que eles se desgastem tão rapidamente quanto outras sondas? Lyding e Schmucker então se juntaram ao professor de química da Universidade de I. Gregory Girolami e ao professor de ciência de materiais e engenharia John Abelson, cujos grupos demonstraram revestimentos para semicondutores de silício feitos de um material chamado diboreto de háfnio. Os revestimentos são 10 vezes mais duros do que o metal normalmente usado para fazer pontas STM, mas também são metálicos - a propriedade chave para o processo de pulverização de íons.

p O grupo aplicou os revestimentos de diboreto de háfnio em suas sondas, estalou-os ainda mais, e descobri que as sondas resultantes são estáveis, duráveis ​​e se destacam nos tipos de aplicações de microscopia e padronização para as quais essas pontas são usadas.

p “Ninguém mais faz sondas com a combinação de pontas afiadas, condução dura e metálica, ”Disse Lyding, que também é afiliado ao Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de I. “Você pode encontrar um ou outro, mas não todos os três. Há uma enorme demanda para isso. ”

p Os pesquisadores agora estão se movendo para comercializar seus produtos resistentes, pontas de prova afiadas. Eles receberam uma patente e criaram uma empresa chamada Tiptek para começar a fabricar. Eles também estão expandindo sua técnica de nitidez para incluir sondas AFM, bem como STM, e estão desenvolvendo técnicas de processamento em lote para maior rendimento.

p “Quando as pessoas fazem pontas AFM, elas as fazem em wafers, centenas de dicas por vez, ”Disse Lyding. “A metodologia que estamos desenvolvendo nos permite processar todo esse wafer como uma unidade para que todas as 400 pontas sejam feitas ao mesmo tempo.”

p O Escritório de Pesquisa Naval, a Defense Advanced Research Project Agency e a National Science Foundation apoiaram este trabalho.