Es uno de los instrumentos de medición más precisos disponibles en la actualidad:el microscopio de alto rendimiento del Instituto de Física Aplicada de TU Wien adquiere imágenes de átomos individuales moviendo la punta de una aguja fina a través de una superficie. La posición de esta punta debe controlarse con una precisión en el rango de los picómetros, es decir., mil millonésimas de milímetro. "Esto es similar a controlar una aguja con la longitud de todo el diámetro de la Tierra con una precisión de un milímetro, "explica el profesor Michael Schmid del Instituto de Física Aplicada de TU Wien.

Cualquier tipo de vibración inutiliza el microscopio, por lo que obtener el mejor rendimiento de un instrumento de este tipo es un serio desafío técnico. En TU Wien, esto se logró con una configuración especial que amortigua las vibraciones a un nivel muy bajo; incluso vibraciones con una frecuencia muy baja, que son los más difíciles de controlar. Todo el instrumento de 1 tonelada cuelga de cuerdas elásticas, y un sistema de control electrónico ajusta la suspensión para mantenerla nivelada. Este sistema recientemente desarrollado ha sido patentado.

Tomando medidas en el centro de Viena

"Otros grupos de investigación operan microscopios similares en sótanos separados, o en edificios especialmente diseñados, "dice la profesora Ulrike Diebold. Fue galardonada con el Premio Wittgenstein 2013, y parte del dinero de su premio se utilizó para comprar este microscopio de alto rendimiento que combina la microscopía de túnel de barrido con la microscopía de fuerza atómica. "Cuando menciono en conferencias que ejecutamos nuestro instrumento en un edificio de gran altura en el centro de Viena, directamente encima del metro, los colegas están asombrados ".

"Rápidamente nos dimos cuenta de que la amortiguación de vibraciones convencional no sería suficiente en nuestro caso, "dice Michael Schmid." Las soluciones disponibles comercialmente filtran las vibraciones de alta frecuencia, pero es difícil deshacerse de las bajas frecuencias ".

Michael Schmid analizó primero las vibraciones:el viento hace que el edificio oscile a una frecuencia de unos pocos hercios, y el metro excita vibraciones cada vez que pasa por debajo. Fue necesario un trabajo de detective genuino para encontrar, por ejemplo, el origen de una misteriosa vibración de 20 Hertz que era tan fuerte que hacía imposibles las mediciones, pero solo en ciertos momentos del día. "Nos tomó un tiempo darnos cuenta de que esta vibración es causada por compresores en el sótano que se utilizan para licuar el helio, "dice Michael Schmid.

El problema de la vibración finalmente se resolvió suspendiendo el microscopio del techo, junto con toda su carcasa metálica. Se cuelga de cuerdas elásticas, ya que tienen propiedades elásticas que son particularmente adecuadas para amortiguar las vibraciones de baja frecuencia. Los cables se entrelazaron en una disposición especial para amortiguar simultáneamente las vibraciones que provienen de diferentes direcciones. El dispositivo flota a unos dos milímetros del suelo, y la distancia se controla con sensores de posición. Si cambia la altura, el sistema se reajusta automáticamente tirando de cuerdas elásticas adicionales con uno de los tres motores eléctricos separados. "Eso es importante porque el peso cambia durante los experimentos, "explica Michael Schmid." Usamos nitrógeno líquido para enfriar nuestras muestras. Cuando el nitrógeno se evapora, una parte se vuelve más ligera, pero la construcción general debe permanecer exactamente horizontal ".

Imágenes perfectas

Con esta suspensión especial fue posible aprovechar todo el potencial del microscopio de alto rendimiento, a pesar de la desfavorable ubicación. "La alternativa habría sido buscar un espacio de laboratorio en un edificio diferente, pero eso habría tenido otras desventajas, ", dice Ulrike Diebold." En otros lugares no tendríamos fácil acceso al nitrógeno líquido y al helio líquido. La infraestructura es excelente aquí en el Freihaus de TU Wien en el medio de la ciudad. Solo las condiciones de vibración son todo menos óptimas ".

Se han realizado numerosas mediciones con la amortiguación de vibraciones especial y ya han dado lugar a varias publicaciones científicas. Ahora, la invención ha sido patentada con el apoyo de la investigación y el apoyo de transferencia de TU Wien. "Por supuesto, esperamos que otras instituciones adopten nuestra idea y también mejoren sus resultados tan drásticamente como lo hicimos nosotros". "dice Michael Schmid.