(Phys.org) - Investigadores del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala han desarrollado sensores optomecánicos en chip para microscopía de fuerza atómica (AFM) que amplían el rango de propiedades mecánicas que se encuentran en voladizos AFM comerciales, permitiendo potencialmente el uso de esta tecnología para estudiar una amplia variedad de sistemas físicos. AFM es una herramienta importante para la metrología de superficies que mide las interacciones locales entre la punta y la superficie mediante el escaneo de una sonda en voladizo flexible sobre una superficie, pero el voluminoso sistema óptico de espacio libre comúnmente utilizado para detectar el movimiento de la sonda impone límites a la sensibilidad y versatilidad de la herramienta.

Previamente, el equipo de NIST había demostrado una alternativa, plataforma de detección a escala de chip con un enfoque de lectura más versátil en el que se integró una sonda nanocantilever con detección de movimiento interferométrico proporcionada por un resonador óptico de baja pérdida que se puede acoplar a través de fibra óptica a fuentes y detectores ópticos estándar. Este enfoque logró una notable sensibilidad al desplazamiento. En el trabajo anterior, la constante del resorte en voladizo, o rigidez, se fijó en un valor moderado; sin embargo, en otras aplicaciones, es posible que la constante del resorte deba ser mucho más pequeña (para estudiar materiales blandos o en detección de fuerza débil) o mucho más grande (para imágenes de alta resolución). Idealmente, este rango de constantes de resorte se lograría sin sacrificar la sensibilidad de desplazamiento o el tiempo de respuesta.

En el trabajo actual, los autores muestran que la escala geométrica tanto del voladizo como de las dimensiones del resonador óptico puede permitir una variación en la constante del resorte voladizo en más de cuatro órdenes de magnitud, desde dispositivos diez veces más suaves que el diseño original hasta mil veces más rígidos. En tono rimbombante, estos voladizos mantienen su alta sensibilidad de desplazamiento y logran tiempos de respuesta de medición que son cientos de veces más rápidos que los voladizos comerciales con constantes de resorte similares. El trabajo futuro se centrará en la integración de esta plataforma de sensores en un sistema AFM comercial.