Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Methode zur Messung atomarer Kräfte

24.02.2010
Die Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen verlangt nach immer sensibleren Messgeräten. Wissenschaftler vom Departement Physik der Universität Basel haben nun die Messmethode der Rasterkraftmikroskopie weiterentwickelt, um atomare Wechselwirkungskräfte in einer bisher unerreichten Genauigkeit zu messen. Die Forschungsergebnisse erschienen in den Fachzeitschriften "Physical Review Letters" und "Physical Review B".

Die Rasterkraftmikroskopie ist seit ihrer Erfindung vor zwanzig Jahren für die Forschung in Biologie, physikalischer Medizin, Chemie und Physik unverzichtbar geworden. Neben der Abbildung von Oberflächen können damit auch Kräfte präzise gemessen werden. Forscher der Universität Basel haben nun die herkömmliche Messmethode der Rasterkraftmikroskopie so weiterentwickelt, dass es möglich ist, atomare Kräfte mit kurzer Reichweite zu bestimmen und zu messen.

Um Kräfte auf atomarer Ebene zu messen, verwendet man seit einigen Jahren einen Federbalken mit einer feinen, auf nur wenige Atome verjüngten Spitze. Für die Messung wird der Balken auf seiner Grundfrequenz zum Schwingen angeregt, so dass die Spitze über der Oberfläche der Probe oszilliert.

Ausgehend von einem bisher vernachlässigten Effekt in der dynamischen Kraftspektroskopie haben die Basler Forscher den Abstand zwischen Spitze und Probe optimiert. Mit einem eigenen mathematischen Modell können jetzt Kraftfelder mit subatomarer Auflösung aus den gemessenen Daten abgeleitet werden [1]. Auf diesen Ergebnissen aufbauend konnten die Wissenschaftler eine neue, wesentlich sensitivere und stabilere Messmethode der Kraftfelder entwickeln - die bimodale Rasterkraftmikroskopie.

Dabei wird die bisher mit der Grundfrequenz erzeugte Schwingung des Federbalkens zusätzlich durch den ersten Oberton bei einer höheren Frequenz angeregt. Die Amplitude dieser Schwingung kann auf Bruchteile eines Billionstel Meters reduziert werden. Sie ist damit wesentlich empfindlicher auf die atomaren Wechselwirkungskräfte mit kurzer Reichweite. Dadurch werden zum einen wegen der grossen Amplitude der Grundschwingung die bisherigen Messungen stabiler und verlässlicher. Zum anderen kann mithilfe der Oberschwingung eine hochsensitive Kraftmessung erfolgen [2].

Durch die Nutzung weiterer Schwingungsparameter konnten die Forscher die bimodale Rasterkraftmikroskopie noch weiter verbessern und damit Kraftfelder auf einer Graphitoberfläche bei Raumtemperatur erfolgreich messen, was bisher aufgrund der sehr schwachen Wechselwirkungskräfte nicht möglich war. Die neue Methode erlaubt, selbst solche winzigen atomaren Kräfte - im Bereich von Billionstel Newton - zu messen und daraus konkrete Aussagen über die atomare Struktur von Oberflächen abzuleiten [3].

Originalbeiträge
[1] Shigeki Kawai, Thilo Glatzel, Sascha Koch, Bartosz Such, Alexis Baratoff, and Ernst Meyer
Time-averaged cantilever deflection in dynamic force spectroscopy
Phys. Rev. B 80, 085422 (2009) | doi: 10.1103/PhysRevB.80.085422
[2] Shigeki Kawai, Thilo Glatzel, Sascha Koch, Bartosz Such, Alexis Baratoff, and Ernst Meyer
Systematic Achievement of Improved Atomic-Scale Contrast via Bimodal Dynamic Force Microscopy

Phys. Rev. Lett. 103, 220801 (2009) | doi: 10.1103/PhysRevLett.103.220801

[3] Shigeki Kawai, Thilo Glatzel, Sascha Koch, Bartosz Such, Alexis Baratoff, and Ernst Meyer
Ultrasensitive detection of lateral atomic-scale interactions on graphite (0001) via bimodal dynamic force measurements

Phys. Rev. B 81, 085420 (2010) | doi: 10.1103/PhysRevB.81.085420

Weitere Auskünfte
Dr. Thilo Glatzel, Departement Physik der Universität Basel, Tel. +41 (0)61 267 37 30, +41 (0)61 267 38 24, E-Mail: thilo.glatzel@unibas.ch

Hans Syfrig Fongione | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen
17.02.2017 | Universität Konstanz

nachricht Zukunftsmusik: Neues Funktionsprinzip zur Erzeugung der „Dritten Harmonischen“
17.02.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung