Dit zou de hele atoomkrachtmicroscoop zijn (afb: univ. van Texas)
Met atoomkracht-microscopen kun je akelig kleine details vastleggen in het nanobereik. Onderzoekers van de universiteit van Texas hebben nu een atoom-krachtmicroscoop gemaakt die kleiner is dan een bankpas. Hun hoop is dat dit apparaat, dat onder veel meer bij materiaalonderzoek wordt gebruikt maar ook als werktuig dienst doet, daardoor een stuk goedkoper zal worden en haalbaar wordt voor meer onderzoekers maar ook de industrie.
“Een standaardatoomkrachtmicroscoop is een groot en lomp ding met allerlei knoppen, elektronica en versterkers”, zegt onderzoeker Reza Moheimani. “Wij hebben het apparaat verkleind door alle elektromechanische onderdelen op een enkele kleine chip te zetten.”
De atoomkrachtmicroscoop is in feite een simpel apparaat. Het bestaat uit een plaatje met
daarop een hele fijne punt (tip). Het plaatje gaat rastergewijs over het te bestuderen oppervlak, waarbij de punt het materiaaloppervlak ‘volgt’. Dat levert een beeld van het materiaaloppervlak op. Moheimani: “Het is zoiets als een blinde die braille leest. Met die microscoop bereik je resoluties die je niet met een lichtmicroscoop kunt bereiken.”
MEMS
Voor hun verkleiningsproject grepen de onderzoekers naar de
MEMS-benadering (MEMS=microelektomechanische systemen). “Klassieke voorbeelden van de MEMS-technologie zijn de versnellingsmeters en gyroscopen die je in telefoons vindt”, zegt medeonderzoeker Anthony Fowler. “Vroeger waren die groot, duur en mechanisch, maar met de MEMS-technologie zijn die gekrompen tot een enkele chip die voor een paar dollar per stuk kunnen worden gemaakt.”
De feitelijke atoomkrachtmicroscoop is zo groot als een stuiver. De rest van de kleine ‘bankpas’ bestaat uit een printkaart met de bedrading, sensoren, de bewegingssuring en dergelijke.
Bij atoomkrachtmicroscopen worden diverse benaderingen gebruikt. Je hebt ze waarbij de kracht op het puntje altijd constant moet zijn, maar ook waarbij de afstand tussen de tip en het oppervlak gelijk blijft. Fowler: “Het probleem met een constante afstand tussen puntje en oppervlak is dat de kracht die op de tip wordt uitgevoerd steeds verandert. Dat beschadigt het monster als het zacht materiaal is, of de tip als het materiaal hard is.” Bij de micromicroscoop trilt de tip. Een terugkoppeling zorgt voor de amplitude van de trilling en daarmee, uiteindelijk, voor een beeld van het oppervlak.
Normaal gesproken werken atoomkrachtmicroscopen met lasers en andere grote onderdelen. Die zijn ook duur. Moheimani: “Een goedkope versie kost 30, 40 duizend dollar, een volwaardige labmicroscoop een halfmiljoen of meer. Onze MEMS-microscoop zou aanzienlijk minder complex en goedkoper kunnen zijn.” Hij denkt dan aan bedragen in de orde van een paar duizend dollar.
Ook de halfgeleiderindustrie zal volgens hem baat hebben bij een microatoomkrachtmicroscoop om, bijvoorbeeld, de kwaliteit van een chip mee te beoordelen. Wat de onderzoekers nu gemaakt hebben is een prototype. Ze werken nu aan het verbeteren en stroomlijnen van de micromicroscoop.
Bron: EurekAlert