Delicato Senso del Tatto

La microscopia a forza atomica fornisce a ricercatori e sviluppatori dati topografici ad altissima risoluzione da un gran numero di minerali diversi, polimeri, miscele, materiali compositi o tessuti biologici. Questa tecnologia, sviluppata negli anni '80, permette di ottenere immagini con risoluzione subatomica delle superfici dei campioni.

Il principio è molto semplice: Un ago sottile con una punta affusolata della dimensione di pochi atomi viene tirato sul campione da esaminare. Le forze atomiche interagiscono tra l'atomo più esterno dell'ago e l'atomo della superficie più vicina all'ago. L'effetto della forza della superficie sull'ago è misurato dall'ottica laser.

La WITec GmbH, una società con sede nella città tedesca di Ulm, ha sviluppato un'implementazione speciale del principio di ottenere il segnale in questo modo e trasferirlo al controllo dello stadio di campionamento. La sua posizione in Z è regolata in modo che la stessa forza agisca sempre sull'ago. Pertanto, la posizione dello stage fornisce immediatamente le coordinate della topografia della superficie e lo stage del campione rappresenta il cuore dei microscopi a forza atomica di WITec.

La risoluzione dello scanner campione deve essere nell'intervallo subnanometrico perché il sistema di posizionamento fornisca la risoluzione spaziale. Tra l'altro, le stringenti specifiche sono possibili grazie all'uso di sensori capacitivi. Il design meccanico del tavolo di campionamento è a cinematica parallela. Rispetto ai sistemi impilati, le traiettorie sono guidate con molta più precisione e senza errori cumulativi dei singoli assi.

Allo stesso tempo, è necessaria un'alta dinamica perché, più velocemente la topografia può essere spostata in direzione z, più veloce è il posizionamento sugli assi × e y. Questo riduce i tempi di misurazione e riduce anche la possibile deriva della temperatura che aumenta con il tempo. Anche gli ampi intervalli di scansione fino a 200 µm in X e Y sono di grande importanza.

Il Dr. Olaf Hollricher, fondatore e amministratore delegato di WITec, conferma: "La combinazione di un intervallo di scansione molto ampio e il controllo capacitivo ad alta precisione significa che PI è un partner unico per noi". Ad ogni modo, il fatto che entrambe le aziende abbiano una filosofia simile è un grande vantaggio per la cooperazione che esiste dalla fondazione di WITec.

Lo stage di scansione basato su tecnologia piezo gioca un ruolo chiave nel posizionamento del campione. Questo sistema è progettato per corse da 100 o 200 µm lungo gli assi del piano di scansione e 30 µm in direzione dell'asse Z e consente una risoluzione di posizione migliore di 2 nm.

Inoltre, la guida attiva mediante sensori capacitivi aumenta la fedeltà del percorso: I sensori misurano qualsiasi deviazione sull'asse perpendicolare alla direzione del movimento.

Qualsiasi crosstalk indesiderato del movimento può quindi essere rilevato e compensato attivamente in tempo reale. L'elettronica digitale che esegue gli opportuni controlli inoltre opera ad un'alta frequenza di ciclo. Questo è cruciale per l'assegnazione precisa dei valori di posizione dello scanner e della telecamera di registrazione.

Che si tratti di analisi forensi, tecnologia dei semiconduttori, scienze dei materiali, scienze della vita o tecnologia medica e questo per citarne solo alcuni, innumerevoli discipline devono intuizioni rivoluzionarie alla microscopia a forza atomica e alla sua combinazione con la microscopia Raman e SNOM.