(PhysOrg.com) - El microscopio de fuerza atómica (AFM) es una herramienta importante para la metrología de superficie a nanoescala. Los AFM típicos mapean las interacciones locales entre la punta y la superficie mediante el escaneo de una sonda en voladizo flexible sobre una superficie. Se basan en voluminosos instrumentos de detección óptica para medir el movimiento de la sonda, que limita la sensibilidad, estabilidad, y precisión del microscopio, e impide el uso de sondas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz.

Como se informó en Nano letras , Los investigadores del CNST han fabricado un sensor integrado novedoso que combina una sonda en voladizo nanomecánica con un interferómetro nanofotónico de alta sensibilidad en un solo chip de silicio. Reemplazar el voluminoso sistema de detección láser les permitió construir voladizos órdenes de magnitud más pequeños que los utilizados en los AFM convencionales.

Debido a que cada una de estas estructuras más pequeñas tiene una masa efectiva menor que un picogramo, el ancho de banda de detección aumenta drásticamente, reduciendo el tiempo de respuesta del sistema a unos cientos de nanosegundos.

Si bien la rigidez de la sonda se mantuvo comparable a la de los microcantilevers convencionales para mantener una alta ganancia mecánica (cuánto se mueve la punta cuando detecta un cambio de fuerza), el tamaño de la sonda se redujo a tan solo 25 µm de longitud, 260 nm de espesor, y solo 65 nm de ancho.

La lectura se basa en la "optomecánica de la cavidad", con la sonda fabricada junto a una cavidad óptica de microdiscos en un espacio de menos de 100 nm. Debido a esta estrecha separación, la luz que circula dentro de la cavidad está fuertemente influenciada por el movimiento de la punta de la sonda.

La cavidad tiene un factor de calidad óptica alto (Q), lo que significa que la luz realiza decenas de miles de viajes de ida y vuelta dentro de la cavidad antes de filtrarse, todo el tiempo acumulando información sobre la posición de la sonda.

La combinación de una pequeña separación de la cavidad de la sonda y un alto Q le da al dispositivo una sensibilidad al movimiento de la sonda a menos de 1 fm / √Hz, mientras que la cavidad puede detectar cambios en la posición de la sonda con un gran ancho de banda.

Todo el dispositivo está nanofabricado como un solo, Unidad monolítica sobre una oblea de silicio. Por lo tanto, es compacto (escala de chip), autoalineado, y estable.

Las guías de onda de fibra óptica acoplan la luz dentro y fuera del sensor, para que pueda conectarse fácilmente con detectores y fuentes ópticas estándar.

Finalmente, mediante cambios simples en la geometría de la sonda, la mecánica de la punta de la sonda puede variar enormemente, permitiendo las diferentes combinaciones de ganancia mecánica y ancho de banda necesarias para una variedad de aplicaciones AFM.