Des chercheurs bâlois améliorent la mesure des forces atomiques
Des scientifiques du département de physique de l’Université de Bâle ont développé la méthode de mesure traditionnelle de la microscopie de force de balayage. La nouvelle méthode permet à présent la mesure de forces interactives atomiques dans le domaine du milliardième de newton, ce qui autorise dès lors l’obtention d’informations concrètes sur la structure nucléaire de surfaces.
Pour pouvoir mesurer des forces au niveau atomique, on utilise depuis quelques années en microscopie atomique de force de balayage, un bras élastique, une traverse à ressort, dont l’extrémité est équipée d’une pointe venant se rétrécir jusqu’à quelques atomes. Pour procéder à cette mesure, la traverse est mise en oscillation de manière que sa pointe oscille à sa fréquence propre sur la surface de l’échantillon. Lors du parcours de la surface d’une éprouvette, des champs de force agissent sur la pointe en oscillation, ce qui permet d’en mesurer l’influence et de l’exploiter. Les chercheurs bâlois sont parvenus à optimiser la distance séparant la pointe de l’échantillon. Grâce à un modèle mathématique spécifique, il est maintenant possible de déduire des champs de force de résolution subatomique à partir des données mesurées. Sur la base de ces résultats, les scientifiques ont pu mettre au point une nouvelle méthode de mesure des champs de force, nettement plus sensible et stable, dite microscopie à force atomique bimodale.
Deux fréquences
En microscopie à force atomique bimodale, la traverse à ressort oscillant à sa fréquence de base est excitée en supplément à une fréquence supérieure par son premier harmonique. L’amplitude de cette deuxième oscillation peut être réduite à une fraction de milliardième de mètre. Elle réagit ainsi avec une sensibilité nettement améliorée aux forces atomiques interactives de courte portée. Il est ainsi possible d’obtenir d’une part des mesures stables et plus fiables du fait de l’amplitude importante de l’oscillation de base et d’autre part une mesure de force de très haute sensibilité à l’aide de l’harmonique.
Le microscope à force atomique, instrument indispensable depuis plus de 20 ans
Depuis son introduction il y a plus de 20 ans, le microscope atomique de force de balayage est devenu un outil indispensable pour la recherche en biologie, médecine physique, chimie et physique. Les inventeurs l’ont désigné en 1986 Atomic Force Microscope (AFM). Cette appellation est toujours utilisée de nos jours. Mais comme il permet de mesurer non seulement les forces entre atomes mais aussi les forces d’autre nature physique et chimique, l’instrument est plutôt désigné aujourd’hui sous l’appellation de microscope de force de balayage ou encore Scanning Force Microscope (SFM).
Shigeki Kawai et al.: Ultrasensitive detection of lateral atomic-scale interactions on graphite (0001) via bimodel dynamic force measurements, Phys. Rev. B81, 17. Februar 2010, DOI:10.1103/Phys RevB.81.085420
Source
M.B./P.C. d’après un communiqué de presse de l’Université de Bâle du 24 février 2010