Institut Néel and its scientific surroundings : ESRF, ILL, CEA, Minatec

Force Feedback Microscopy

Joel Chevrier : activity as ESRF Scientific Collaborator at the Surface Science Lab



Force Feedback Atomic Force Microscope

Force feedback atomic force microscopy is a novel technique developed for increasing the force resolution of orders of magnitudes and dealing specifically with soft matter. At the core of the instrument is a combination of interferometry and feedback actions that keeps the tip of the microscope at any defined distance above the sample : the interaction with the surface is then “felt” by the feedback loop instead of being “registered” by the mechanical reaction of the tip. This instrument can explore the entire range of the interaction potential. Since there is no movement and no contact with the sample, the microscope is ideally suited for measurement of soft matter in liquid environment.



Measurement of the complete interaction force curve at the nanoscale
Mario S. Rodrigues, Luca Costa, Joel Chevrier, Fabio Comin (arXiv)

The force between two interacting particles as a function of distance is one of the most fundamental curves in science. In this regard, Atomic Force Microscopy (AFM) represents the most powerful tool in nanoscience but with severe limits when it is to probe attractive interactions with high sensitivity. The Force Feedback Microscope (FFM) described here, removes from AFM the well known jump to contact problem that precludes the complete exploration of the interaction curve and the study of associated energy exchanges. The FFM makes it possible to explore tip-surface interactions in the entire range of distances with a sensitivity better than 1 pN. FFM stands out as a radical change in AFM control paradigms. With a surprisingly simple arrangement it is possible to provide the AFM tip with the right counterforce to keep it fixed at any time. The counterforce is consequently equal to the tip-sample force. The force, force gradient and damping are simultaneously measured independently of the tip position. This permits the measurement of energy transfer in thermodynamic transformations. Here we show some FFM measurement examples of the complete interaction force curve and in particular that the FFM can follow the nucleation of a water bridge by measuring the capillary attractive force at all distances, without jump to contact despite the large attractive capillary force. Real time combination of the measured parameters will lead to new imaging modalities with chemical contrast in different environments.



Collaborations :

- ESRF - Surface Science Lab
- Université de Lisbonne - Portugal



Links :

Joel Chevrier : Nanotech Research Programs

Past activities : group picoNewton

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