Los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han desarrollado una forma de medir el desgaste y la degradación de las sondas microscópicas que se utilizan para estudiar estructuras a nanoescala in situ y mientras están sucediendo. Su técnica puede acelerar y mejorar drásticamente la precisión de las mediciones a nanoescala más precisas y delicadas realizadas con microscopía de fuerza atómica (AFM).

Si intenta medir los contornos de una superficie con una regla que se desmorona mientras trabaja, entonces al menos necesita saber qué tan rápido y en qué medida se está desgastando durante la medición.

Este ha sido el desafío para los investigadores y fabricantes que intentan crear imágenes de las superficies de nanomateriales y nanoestructuras. Hacer una foto es imposible a escalas tan pequeñas, por eso los investigadores usan microscopios de fuerza atómica. Piense en un dispositivo como una aguja de fonógrafo que se utiliza, a nanoescala, para medir los picos y valles a medida que se arrastra hacia adelante y hacia atrás por una superficie. Estos dispositivos se utilizan ampliamente en imágenes a nanoescala para medir los contornos de nanoestructuras, pero las puntas del AFM son tan pequeñas que tienden a desgastarse a medida que atraviesan la superficie que se mide.

Hoy dia, la mayoría de los investigadores detienen la medición para "tomar una fotografía" de la punta con un microscopio electrónico, un método que requiere mucho tiempo y que tiende a generar imprecisiones.

El ingeniero de materiales del NIST Jason Killgore ha desarrollado un método para medir en tiempo real el grado de desgaste de las puntas AFM. Killgore mide la frecuencia de resonancia de la punta del sensor AFM, una frecuencia de vibración natural como la de un diapasón, mientras el instrumento está en uso. Debido a que los cambios en el tamaño y la forma de la punta afectan su frecuencia de resonancia, puede medir el tamaño de la punta del AFM mientras funciona, en incrementos de una décima de nanómetro, esencialmente resolución a escala atómica. La técnica, llamado microscopía de fuerza de resonancia de contacto, se describe en un artículo publicado recientemente en la revista Pequeña .

El impacto potencial de este desarrollo es considerable. Miles de AFM se utilizan en universidades, plantas de fabricación e instalaciones de investigación y desarrollo en todo el mundo. La mejora de su capacidad para medir y obtener imágenes de dispositivos de tamaño nanométrico mejorará la calidad y la eficacia de esos dispositivos. Otro beneficio es que desarrollar nuevas puntas de medición y estudiar las propiedades de los nuevos materiales utilizados en esas puntas será mucho más fácil y rápido. dada la retroalimentación inmediata sobre las tasas de desgaste.