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 Spintronik: Forscher zeigen, wie sich nichtmagnetische Materialien magnetisch machen lassen
06.08.2020 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Erster radioastronomischer Nachweis eines extrasolaren Planetensystems um einen Hauptreihenstern
05.08.2020 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics