دانشمندان آزمایشگاه ملی Oak Ridge نشان دادند، تصویربرداری الکترومکانیکی در محیط مایع می‌تواند قدرت تفکیک تصاویر را تا ۱۰ برابر بیش از حالت تصویربرداری در هوا افزایش دهند. این روش تصویربرداری امکان مطالعه مواد فروالکتریک و همچنین مطالعه خواص الکترومکانیکی سیستم‌های زیستی را در سطح مولکولی فراهم می‌کند.
تصویربرداری الکترومکانیکی با کیفیت بالا در محیط مایع
دانشمندان آزمایشگاه ملی آک ریج (Oak Ridge) نشان دادند، تصویربرداری الکترومکانیکی در محیط مایع می‌تواند قدرت تفکیک تصاویر را نسبت به تصویربرداری در هوا تا ۱۰ برابر افزایش دهد. این روش تصویربرداری، امکان مطالعه مواد فروالکتریک و همچنین مطالعه خواص الکترومکانیکی سیستم‌های زیستی را در سطح مولکولی فراهم می‌کند.
در این شکل نیروهای بین نوک میکروسکوپ نیروی اتمی و ماده پیزوالکتریک به وسیله فلش‌هایی که نشان دهنده نیروی الکتروستاتیکی بین آنهاست، نشان داده شده است. در هوا (a ,b)، این برهمکنش‌ها قوی هستند؛ در حالی که در مایع (c ,d) نیروها تنها در نزدیکی نوک میکروسکوپ وجود دارند. فلش‌های دوتایی اتصال الکترومکانیکی و فرایند تصویربرداری را نشان می‌دهد.
این محققان توانستند به کمک میکروسکوپ نیروی پیزوالکتریک (PFM) در محیط مایع، بر مشکلات و موانع موجود در برابر روش‌های تصویربرداری الکترومکانیکی غلبه کنند. اعضای این گروه دریافتند که تصویربرداری در محیط مایع، اثرات منفی میکروسکوپ‌ها مانند برهمکنش‌های الکتروستاتیک بین سطح ماده و نوک میکروسکوپ و نیروهای موئینگی را به حداقل رسانده، قدرت تفکیک تصویر را بالا می‌برد.
فیزیک‌دانان از تصویربرداری الکترومکانیکی برای به دست آوردن درک بهتر از مواد پیزوالکتریک و فروالکتریک که هر دو، خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به فردی دارند، استفاده می‌کنند. آنها به کمک PFM می‌توانند خواص الکترومکانیکی این مواد را به امید توسعه فناوری‌هایی مانند حافظه‌های رایانه‌ای غیر فرار، مخازن اطلاعاتی بسیار متراکم و نانوحسگرها و محرک‌ها مورد بررسی و کنکاش قرار دهند.
قدرت تفکیک بالا این امکان را فراهم می‌کند تا جزئیات بیشتری در مورد ساختار دیواره‌ها و فروالکتریک‌های بسیار کوچک به دست آوریم. مهم‌تر از همه، تصویربرداری در مایع، مطالعه فرایندهای شیمیایی فروالکتریک‌ها را که با پدیده پلاریزاسیون کنترل می‌شود مقدور می‌سازد.
مواد فروالکتریک دارای ممان‌های دو قطبی هستند که نواحی مثبت و منفی آنها با اعمال میدان الکتریکی، برعکس می‌شود.
مواد پیزوالکتریک نظیر تورمالین(tourmaline) و کوارتز قادر به تولید نور و الکتریسیته هستند و می‌توانند تحت اعمال فشار مکانیکی از خود ولتاژ تولید کنند. در این آزمایش یک ولتاژ با فرکانس بالا به نوک تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی که پوشیده از طلا بود و در تماس با یک ماده پیزوالکتریک قرار داشت، اعمال شد و به موجب آن میدان الکتریکی در ماده ایجاد شد.
این میدان الکتریکی سبب تغییر شکل سطح ماده پیزوالکتریک و جابه‌جایی نوک میکروسکوپ شد. دانشمندان در حین تحلیل موضعی سطح و اندازه‌گیری فاز و دامنه نوک میکروسکوپ در حال نوسان، به تصویربرداری با کیفیت بسیار بالا نائل شدند. افزایش کیفیت در این حالت بدین علت است که محیط مایع می‌تواند برهمکنش‌های الکتروستاتیک بین تیرک میکروسکوپ و سطح ماده را که برای تصویربرداری الکترومکانیکی مضر هستند از بین ببرد، همچنین محیط مایع نیروی موئینگی را که سبب افزایش سطح تماس تیرک و ماده و کاهش قدرت تفکیک می‌شود، از بین می‌برد.
اتصال پیزوالکتریک به واسطه ترکیب فعالیت نوری و پیوندهای قطبی، ویژگی تقریباً عمومی سیستم‌های زیستی است. سیستم‌های زیستی شامل اشکال پیچیده‌ای از اتصال میکروالکترومکانیکی مانند مجاری یونی، غشای انعطاف‌پذیر با جریان الکتریکی و میتوکندری‌ها هستند. بررسی این پدیده‌های الکترومکانیکی در مقیاس نانو و مولکولی در فهم و درک مکانیسم تغییر شکل‌های الکترومکانیکی و الکتروشیمیایی در سیستم‌های زیستی مؤثر است. محققان هم اکنون در حال تحقیق جهت درک چگونگی ارتباط خواص الکترومکانیکی سیستم‌های زیستی و عملکرد آنها هستند.
نتایج کار این محققان در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.
