新型探针问世 测量原子力有了纳米“触角”

仙仙

记者日前从浙江大学获悉，该校胡欢研究员团队联合美国IBM沃森研究中心以及东华大学彭倚天教授团队合作发明出一种新型纳米球探针技术，可以精准测量纳米到微米尺度范围的界面，填补了该尺度空缺，解决了纳米摩擦学领域的重要技术瓶颈。


原子力显微镜被用于研究物体接触时的“力量”，其核心构件探针如同昆虫的“触角”，能够将样品表面的作用力转换成微悬臂梁的弯曲，进而通过激光束探测到。其中球形原子力探针在形变、硬度、力学属性等方面更具优势。然而传统球形原子力探针尺寸为1~10微米，在纳米尺度的测量存在盲区。与此同时，球形探针通过胶水粘贴，粘贴位置因难以把控而会影响精确度，遇到高温或液体容易脱落。


“高能氦离子束可以聚焦成为直径在0.5纳米左右的束斑，像一把超级小的刀，能够将材料在纳米尺度任意切割，但在硅材料衬底中注入高能氦离子束会形成隆起。”胡欢说，研究组进行了第一个利用氦离子隆起效应制造纳米球探针的实验。通过聚焦离子刻蚀在普通原子力显微镜探针上雕刻出一个平台，在平台上精准定位后注入高能氦离子束，使得单晶硅隆起，实现了一种稳定可靠的纳米球探针技术制造工艺，制成了具有高分辨率、高准确性、耐高温的球形探针，针尖的直径可在100纳米到1微米之间精确调控。


胡欢表示，该技术有利于促进纳米摩擦学、生物材料的测试和研发，对材料学、摩擦学、生物医学都会起到很好的推动作用。研究论文刊发于学术期刊《兰格缪尔》。（记者江耘 洪恒飞 柯溢能）