(Phys.org) - Una simple mejora nueva de un componente esencial del microscopio podría mejorar enormemente la obtención de imágenes para los investigadores que estudian lo muy pequeño, desde células hasta chips de computadora.

Joseph Lyding, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Illinois, dirigió un grupo que desarrolló una nueva técnica de afilado de sondas de microscopio. La técnica se describe en una investigación publicada esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Los microscopios de sonda de barrido proporcionan imágenes de estructuras diminutas con alta resolución a escala atómica. La punta de la sonda roza la superficie de una muestra para medir mecánicas, propiedades eléctricas o químicas. Estos microscopios se utilizan ampliamente entre los investigadores que trabajan con estructuras diminutas en campos que van desde la nanotecnología hasta la biología celular.

Los laboratorios pueden gastar cientos de miles de dólares en un instrumento elegante, por ejemplo, un microscopio de efecto túnel (STM) o un microscopio de fuerza atómica (AFM); sin embargo, la calidad de los datos depende de la sonda. Las sondas pueden degradarse rápidamente con el uso, desgastando y perdiendo resolución. En esos casos, el investigador tiene que detener el escaneo y reemplazar la punta.

"Para ponerlo en perspectiva, si tuvieras un coche de carreras caro pero le pusieras neumáticos de bicicleta, no sería un buen coche, —Dijo Lyding.

Para dar forma a las puntas, los investigadores disparan una corriente de iones en la punta. El material chisporrotea cuando los iones chocan con la punta, cortando la sonda. Un día en el laboratorio después de otra falla en la punta, Lyding tenía lo simple, idea novedosa de aplicar un voltaje equivalente a la punta para desviar los iones entrantes. Cuando se aplica voltaje a un objeto puntiagudo, el campo eléctrico se vuelve más fuerte a medida que el punto se estrecha. Por lo tanto, Los iones que se acercan a la parte más aguda de la punta electrificada son los que más se desvían.

"Esto hace que los iones eliminen el material alrededor de esa parte afilada, no en la parte afilada en sí, y eso lo hace más nítido, —Dijo Lyding. "Conservas el punto y agudizas lo que hay a su alrededor".

Lyding y el estudiante de posgrado Scott Schmucker compraron una pistola de iones barata y probaron la idea de Lyding. Funcionó de maravilla. Las puntas STM con un radio inicial de 100 nanómetros se afilaron hasta un punto afilado de 1 nanómetro, produciendo una resolución extremadamente alta. Además, el proceso de pulverización catódica funciona con cualquier material conductor de electricidad.

Pero una vez que las sondas son ultra nítidas, ¿Qué impide que se desgasten tan rápido como otras sondas? Lyding y Schmucker luego se unieron con el profesor de química de la U. de I. Gregory Girolami y el profesor de ciencia e ingeniería de materiales John Abelson. cuyos grupos habían demostrado revestimientos para semiconductores de silicio hechos de un material llamado diboruro de hafnio. Los recubrimientos son 10 veces más duros que el metal que se usa habitualmente para fabricar puntas STM. pero también son metálicos, la propiedad clave para el proceso de pulverización iónica.

El grupo aplicó los recubrimientos de diboruro de hafnio a sus sondas, escupió más, y encontró que las sondas resultantes son estables, duradero y sobresalir en los tipos de aplicaciones de microscopía y modelado para las que se utilizan tales puntas.

"Nadie más fabrica sondas con la combinación de afilados, conducción dura y metálica, "Dijo Lyding, quien también está afiliado al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas en la U. de I. “Puedes encontrar uno u otro, pero no los tres. Hay una tremenda demanda para eso ".

Los investigadores ahora se están moviendo para comercializar sus sondas afiladas. Recibieron una patente y comenzaron una empresa llamada Tiptek para comenzar a fabricar. También están ampliando su técnica de afilado para incluir sondas AFM y STM, y están desarrollando técnicas de procesamiento por lotes para un mayor rendimiento.

"Cuando las personas elaboran propinas de AFM, las hacen en obleas, cientos de consejos a la vez, —Dijo Lyding. "La metodología que estamos desarrollando nos permite procesar toda esta oblea como una unidad para que las 400 puntas se hagan al mismo tiempo".

La Oficina de Investigaciones Navales, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y la Fundación Nacional de Ciencias apoyaron este trabajo.