استفاده از نانولوله‌های کربنی در نوک میکروسکوپ AFM برای تصویربرداری از حفرات عمقی

یکی از چالش‌های معروف در صنعت نیمه‌هادی تصویربرداری از مجاری عمقی است
که تنها چند نانومتر عرض دارند. حال این امکان به وجود آمده است که
بتوان با استفاده از روبشگرهای نانولوله‌های نازک در میکروسکوپ نیروی
اتمی (AFM) بر این چالش غلبه کرد. سانتیاگو سولارس از دانشگاه مریلند
محاسبه کرده است که این روبشگرها می‌توانند حفرات را در حالت
frequency-force-modulation میکروسکوپ نیروی اتمی به تصویر بکشند.

تصویربرداری از حفرات عمقی با عرض کمتر از ۱۰ نانومتر مشکل است، زیرا
هم کوچک‌تر از بسیاری از روبشگرها بوده و هم گوشه‌ها و لبه‌های تیز این
حفرات، موجب ایجاد اختلال در AFM می‌شوند. در حقیقت تصاویر به دست آمده
بدون آنکه حتی کاربر متوجه باشد، از حالت طبیعی خارج هستند. حال سولارس
پیشنهاد داده است که انحرافات این تصاویر را می‌توان با ترکیب کردن
میکروسکوپ نیروی اتمی frequency-force-modulation، الگوریتم‌های هوشمند
روبش، و روبشگرهای نانولوله‌ای کوچک حذف کرد.

وی در مصاحبه با nanotechweb.org می‌گوید: «این امر بسیار اهمیت دارد،
زیرا بسیاری از کاربران میکروسکوپ نیروی اتمی برای نتیجه‌گیری‌های علمی،
به دقت تصاویر خود تکیه دارند. اگر دقت این تصاویر زیر سوال باشد،
نتایجی که از این تصاویر گرفته می‌شود نیز زیر سوال است». وی می‌افزاید
با وجودی که بهبود تصاویر میکروسکوپ‌های نیروی اتمی به این روش برای
تعیین مشخصات ساختارهای نیمه‌هادی کوچک‌تر نیز بسیار ضروری است، این
پیشرفت حتی می‌تواند در تصویربرداری مواد زیستی با مقیاس مولکولی برای
حل مشکلات موجود در زمینه‌هایی همچون درمان سرطان، ژن‌شناسی و زیست‌شناسی
سلولی مفید باشد.

در این روش جدید، یک نانولوله کربنی به یک نوک که در «میکروسکوپ نیروی
اتمی با تماس‌های متناوب در حالت frequency-force-modulation» در حال
نوسان است، متصل می‌شود. در این روش، بسته به شدتی که نوک میکروسکوپ با
نمونه برخورد می‌کند، فرکانس موثر پایه ارتعاش کننده افزایش یا کاهش می‌یابد.

کاربر فرکانسی را برمی‌گزیند که کمی بالاتر از فرکانس طبیعی پایه است؛
انتخاب این فرکانس باعث می‌شود که دستگاه به نحوی تنظیم شود که پایه
مرتعش به نرمی روی سطح نمونه برخورد کند. سرعت نوک میکروسکوپ به طور
متناوب کاهش یافته و به نمونه می‌رسد تا از تصویربرداری مناسب لبه‌های
تیز اطمینان حاصل شود.

همانگونه که بسیاری از محققان نشان داده‌اند، نانولوله‌های کربنی برای
استفاده در نوک AFM ایده‌آل هستند، زیرا قطر کمی داشته و نسبت وجهی
بالایی دارند؛ به همین دلیل می‌توانند به آسانی از شکاف‌ها و حفرات
تصویربرداری کنند.