Отдельные молекулы и атомы намного меньше видимых нами длин волн света. Визуализация таких крошечных структур требует специальных инструментов, которые часто обеспечивают черно-белое изображение положения атомов.
Атомно-силовые микроскопы (АСМ) являются одними из самых мощных инструментов, доступных для исследования поверхностей на атомном уровне. Наконечник нанометрового размера, движущийся по поверхности, может не только давать всевозможную информацию о физических положениях атомов, но также давать данные об их химических свойствах и поведении. Однако большая часть этой информации теряется при обработке сигналов AFM.
Теперь исследователи из Института промышленных наук Токийского университета (IIS) под руководством профессора Хидеки Кавакацу создали новый способ работы с АСМ и визуализации данных для извлечения структурной и химической информации в четкие, полноцветные изображения. Эти результаты были недавно опубликованы в журнале Applied Physics Letters.«АСМ — чрезвычайно универсальный метод, и наш подход, связанный с привязкой высоты наконечника АСМ к нижней части частотной кривой, позволил нам проводить измерения одновременно, но без риска потери информации с поверхности», — сказал ведущий автор исследования Пьер Этьен Аллен. , — говорит постдокторант LIMMS / CNRS-IIS.Люди часто проводят измерения АСМ, удерживая наконечник АСМ на фиксированной высоте при измерении изменений его вибраций при взаимодействии с поверхностью.
В качестве альтернативы можно перемещать наконечник АСМ вверх и вниз, чтобы частота колебаний оставалась неизменной. У обоих этих подходов есть свои преимущества, но они также несут недостаток в том, что один может занять очень много времени, а другой может привести к потере информации.Исследователи под руководством IIS разработали способ перемещения наконечника АСМ и преобразования данных таким образом, чтобы наконечник оставался над поверхностью в положении, в котором частота колебаний сильно зависит от поверхности.
Еще одно преимущество этого подхода заключается в том, что модель дает три переменных, которым исследователи присвоили красный, синий и зеленый цвета соответственно, что позволяет им создавать полноцветные изображения. Они также успешно опробовали свой метод на поверхности кремния.
«Если цвета на изображении одинаковы, мы можем сказать, что сигналы исходят от одного и того же типа атома и окружающей среды», — говорит соавтор и научный сотрудник постдокторского исследования Денис Дамирон. «Этот новый способ представления сложной химической и физической информации с поверхности может позволить нам исследовать движения и поведение атомов с беспрецедентной детальностью».