ميکروسکوپ نيروي اتمي، نوسانگرهاي نانومکانيکي
محققان فناوری نانو در زمینه نوسانگرهای نانو مکانیکی – نوارهای کوچکی از سیلیکون لرزشی درضخامت تنها چند صد اتم – مطالعات گسترده‌ای انجام می‌دهند که در آینده بتوانند جایگزینی برای بلورهای کوارتز بزرگ در مدارهاي الکترونیکی پيدا كرده و یا راهی برای آشکارسازی و شناسایی باکتری‌ها و ویروس‌ها بيابند. اندازه گیری نوسانات، به سادگی ممکن نیست. درحالت عادی می توان این عمل را با باریکه‌های پرقدرت لیزري انجام داد _ البته هنگامی که نانو قطعات نسبت به طول موج نوراستفاده شده کوچکتر شوند و یا از قطعات پیزوالکتریک استفاده شود، این مکانیزم عمل نمی‌کند؛ محققان دانشگاه Now Cornell راه حل ساده‌ای برای آن یافته‌اند: اندازه گیری نوسان‌های بسیار کوچک توسط ضربه زنی (tapping) با میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM).
دراین میکروسکوپ از پروب (شاخص) بسیارکوچکی که به آرامی بر روی سطح حرکت می‌کند، استفاده می‌شود. دافعه و جاذبه الکتروستاتیکی مابین اتم‌ها در نوک و سطح پروب باعث جابه‌جایی عمودی به سمت بالا و پایین پروب می شود. این AFM ها به طور متناوب می توانند در مُد ضربتي (tapping) استفاده شوند. IlicRob محقق دانشگاه Cornell می‌گوید: میکروسکوپ‌های AF در بالای محل آزمایشی قرار می‌گیرند.
| علاوه بر این پروب‌ها در AFM می‌توانند مستقیماً در قطعات نانو ساختار، قرار بگیرند. وی افزود: ما با استفاده از MEMS (سیستم های میکرو الکترومکانیکی) توانسته‌ایم NEMS (سیستم‌های نانو الکترومکانیکی) را اندازه گیری کنیم. MEMS ها ماشین‌هایی هستند با قسمت‌هایي حرکت کننده که در مقیاس میکرون (یک میلیونیوم متر) اندازه گیری می‌کنند و NEMS ها در مقیاس نانو (یک میلیاردم متر) اندازه‌گیری می‌شوند. هنگامیکه نوسانگر NEMS بسیار کوچکتر از آن هستند که توسط نور لیزر مشاهده شوند، هنوز هم می توانند با پروب MEMS جفت شوند و باعث می‌شود تا لیزر بتواند آن ها را اندازه بگیرد. براساس گزارش IlicRob و همکارانش در رابطه با این آزمایش که بر روی پایه‌های سیلیکونی گوناگون انجام شده است. |
 |
نوارهایی از سیلیکون به یک انتهای آزاد نقطه‌ای که با ارتعاش در آمده است، متصل می‌شود که از 5 تا 12 میکرون طول، 1 تا 5/1 میکرون عرض و 250 نانومتر ضخامت و در فرکانس نوسانات طبیعی 1 تا 15 مگاهرتز تشکیل شده است. این پایه ها برای نوسان توسط قطعه پیزو الکتریک تنظیم شده‌اند.در آزمایش‌های اولیه، فرکانس تشدید پایه‌ها را توسط باریکه لیزر متمرکز شده بر روی آنها و انحراف مشاهده شده در نور بازتابی بر روی سطح اندازه گیری می کنند و سپس به بررسی هریک از پایه ها در پروب AFM می‌پردازند. آنها دریافتند که اندازه گیری AFM در توافق خوبی با اندازه گیری های لیزر می باشد. گرچه تاحدی فاکتور کیفیتِ بازخوانی‌های لیزر پایین‌تر است. این مطلب به علت آنست که نوسانگر و پروب متقابلاً بر روی هم اثر می گذارند. نوسانگر های الکترومکانیکی اغلب به عنوان قابلیت آشکارسازی باکتری‌ها، ویروس‌ها و یا سایر مولکول های آلی مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجائیکه پایه ها در این مواد بسیار کوچک می‌باشند، باکتری‌ها و ویروس‌های متصل شده، تغییر عمده ای را در جرم نشان می دهند که با تغییرات فرکانسِ نوسانگر ، آنها به ارتعاش واداشته می شوند.در قطعه عملی، پروب MEMS تواند بر بالای هر نوسانگر NEMS نصب شود تا اینکه هرگونه تغییر در فرکانس را نمایش دهد. جزئیات این مقاله در مجله Applied Physics منتشر شده است.
 |
يكي از انواع ميروسكوپ‌هاي اسكن پروب است كه در ساختارهاي سطحي (در مقياس نانومتر و يا حتي زير_مقياس نانومتر) مورد استفاده قرار مي گيرد. ميكروسكوپ نيروي اتمي استاندارد شامل يك نوك ميكروسكوپي (به شعاع انحناي 10تا50 نانومتر) متصل به پايه فنري است و اصل اساسي آن، آشكارسازي خميدگي اين پايه فنري به عنوان پاسخي به نيروي خارجي است در حالت تعامل چسبنده بين نوك و سطح، اين نيروها در آرايش 0 و 1 هستند.
|
براي اندازه‌گيري چنين نيروهاي كوچكي نه تنها بايد از فنرهاي فوق العاده حساس اندازه‌گيري نيرو بلكه همچنين روشي بسيار حساس براي اندازه‌گيري خمش استفاده شود. به منظور آشكارسازي اين خميدگي كه به كوچكي 0.01 نانومتر مي باشد، يك پرتو ليزري در پشت پايه كانوني شده و از آنجا پرتو ليزر به سوي آشكارساز نوري مكان حساس منعكس مي‌شود كه بسته به انحراف پايه، موقعيت پرتو منعكس شده تغيير مي‌كند. آشكار ساز نوري اين تغييرات را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌كند.