Nanodrähte als Sensoren in Rasterkraftmikroskopen

Nanodrähte sind extrem dünne, langgestreckte Kristalle – etwa tausendmal dünner als ein menschliches Haar. Physiker um Nicola Rossi von der Universität Basel haben solche Drähte nun als Sensoren in einem neu entwickelten Rasterkraftmikroskop eingesetzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten lassen sich mithilfe der Nanodrähte sowohl Größe als auch Richtung von Kräften messen, wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Nanotechnology“ berichten.

Konventionelle Rasterkraftmikroskope besitzen meist Federbalken aus kristallinem Silizium als mechanische Sensoren. „Wenn wir nun die deutlich kleineren Nanodrähte einsetzen, öffnet das die Tür für weitere Verbesserungen dieser enorm erfolgreichen Technik“, erläutert Teammitglied Martino Poggio von der Universität Basel. Die winzigen Drähte besitzen eine im Vergleich zum Volumen enorm große Oberfläche, haben eine sehr geringe Masse und zeichnen sich durch ein fast fehlerfreies Kristallgitter aus. Wegen ihrer besonderen mechanischen Eigenschaften vibrieren die winzigen Drähte entlang zweier senkrecht zueinander stehender Achsen mit etwa derselben Frequenz. Wird nun ein Nanodraht in ein Rasterkraftmikroskop integriert, können die Forscher diese senkrecht zueinander stehenden Vibrationsänderungen, die durch verschiedene Kräfte ausgelöst werden, messen. Auf diese Weise lässt sich sowohl die Richtung als auch die Größe der umgebenden Kräfte anzeigen.

Um den neuen Nanodrahtsensor zu testen, bildeten Rossi und seine Kollegen damit das zweidimensionale Kräftefeld über einer strukturierten Probenoberflächen ab. Zudem generierten die Forscher mithilfe von winzigen Elektroden verschiedene Testkraftfelder, die sie ebenfalls erfolgreich vermessen konnten. Die Rasterkraftmikroskopie ist aus Bereichen wie Festkörperphysik, Materialwissenschaften, Biologie und Medizin nicht mehr wegzudenken. Durch den nun entwickelten neuen Typ von Rasterkraftmikroskop, so hoffen die Wissenschaftler, könnte dessen vielfältiger Einsatz noch erweitert werden.