Image courtesy: WITEC GmbH  

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.

Posizionamento con la Massima Risoluzione e Dinamica

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.

Integrazione di Ulteriori Modalità di Microscopia

Ma il sistema WITec è in grado di fare molto di più: Due ulteriori modalità di microscopia possono essere combinate con la microscopia a forza atomica nel senso della microscopia correlativa e visualizzate insieme: La microscopia Raman e la microscopia ottica a scansione in campo vicino (SNOM). Mentre la microscopia confocale Raman identifica i componenti chimici del campione, la microscopia ottica a scansione in campo vicino (SNOM) è usata per l'imaging ottico con una risoluzione oltre il limite della diffrazione.

The piezo-based scanning stage plays a key role in specimen positioning. It is designed for travel ranges of 100 or 200 µm along the axes of the scanning plane and 30 µm in direction of the Z axis and allows position resolution better than 2 nm.

In addition, active guiding using capacitive sensors increases path fidelity: The sensors measure any deviations in the perpendicular axis to the direction of motion.

Any undesired crosstalk of the motion can thus be detected and actively compensated in real time. The digital electronics performing the appropriate control also operate at a high cycle rate. This is crucial for the precise assignment of the scanner's position values and the recording camera.

Risultati Rivoluzionari per Innumerevoli Discipline Scientifiche

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.

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