La microscopía de fuerza atómica (AFM) es una técnica extremadamente sensible que nos permite obtener imágenes de materiales y / o caracterizar sus propiedades físicas en la escala atómica al detectar la fuerza sobre las superficies del material utilizando una punta controlada con precisión. Sin embargo, El AFM convencional solo proporciona la componente normal a la superficie de la fuerza (la dirección Z) e ignora las componentes paralelas a la superficie (las direcciones X e Y). Para caracterizar completamente los materiales utilizados en dispositivos a nanoescala, es necesario obtener información sobre parámetros con direccionalidad, como electrónica, magnético, y propiedades elásticas, en algo más que en la dirección Z. Es decir, También es deseable medir estos parámetros en las direcciones X e Y paralelas a la superficie de un material. La medición de la distribución de dichos parámetros materiales a escala atómica aumentará nuestra comprensión de la composición química y las reacciones. morfología superficial, manipulación molecular, y operación de nanomáquina.

Un grupo de investigación de la Universidad de Osaka ha desarrollado recientemente un enfoque basado en AFM llamado "AFM bimodal" para obtener información sobre superficies de materiales en X, Y, y direcciones Z (es decir, en tres dimensiones) en la escala subatómica. Los investigadores midieron la fuerza total entre una punta de AFM y la superficie del material en la X, Y, y direcciones Z usando una superficie de germanio (Ge) como sustrato. Su socio colaborador, el Instituto de Física de la Academia Eslovaca de Ciencias, contribuyó con simulaciones por computadora de las interacciones entre la punta y la superficie. El enfoque AFM bimodal se informó recientemente en Física de la naturaleza .

"Una superficie limpia de Ge (001) tiene dímeros anisotrópicos alineados alternativamente, que giran 90 ° a lo largo del escalón, lo que significa que muestran una estructura de dos dominios, "explica el primer autor Yoshitaka Naitoh." Probamos los campos de fuerza de cada dominio en la dirección vertical haciendo oscilar la punta del AFM en la frecuencia de resonancia de flexión y en la dirección paralela oscilando en la de torsión ".

El equipo primero expresó los componentes de la fuerza como vectores, proporcionando la distribución del vector sobre la superficie a escala subatómica. La simulación por computadora respaldó los resultados experimentales y arrojó luz sobre la naturaleza de la terminación y morfología de la punta química y, en particular, ayudó a aclarar las cuestiones pendientes con respecto a las distancias entre la punta y la superficie en el experimento.

"Medimos la magnitud y la dirección de la fuerza entre la punta del AFM y la superficie Ge en una escala subatómica en tres dimensiones, ", dice Naitoh." Tales mediciones ayudarán a comprender la estructura y las reacciones químicas de las superficies funcionalizadas ".

El enfoque AFM bimodal desarrollado permitirá a los investigadores investigar las propiedades físicas de los materiales con mayor detalle en la nanoescala, que debería facilitar el desarrollo de dispositivos, nanotecnología, y sistemas de fricción / lubricación.