用作超灵敏力学显微镜针尖的单晶金刚石纳米线

在纳米力学领域，对仄牛到阿牛的超小力（10-21-10-18N）的探测十分重要，例如对磁性纳米粒子的磁力测定、持续环形电流的测量、物理学的基础测试以及各种高灵敏力学显微镜，均以对超小力的测量为前提与基础。然而，存在于尖端/表面界面的非接触摩擦力极大的降低力学探测器的灵敏度。减小尖端曲率半径可以有效地解决这一问题。

瑞士苏黎世联邦理工大学的Y.Tao等人利用无掩模电感耦合等离子体刻蚀（100）单晶金刚石表面，由于化学各项异性、方向性刻蚀以及电子屏蔽效应，得到了一种通过细腰相连的底部是金刚石锥而顶部是纳米线的双结构，通过可是条件与时间的优化，可以使连接处的细腰非常小。进一步将顶部的纳米线与底部分离，获得了尖端曲率半径小于10纳米的纳米线。随后，他们将这种纳米线与原子力探针的悬臂梁通过环氧树脂粘接获得了品质因子高达130,000的探针。该项工作的意义在于极大地提高了以力学探测为手段的磁共振成像显微镜的灵敏度和分辨率。该项工作发表在Nano Lett. 15（2015） 7893-7897上。

图1：B干法刻蚀获得的金刚石双结构；A去掉顶部的金刚是纳米锥结构。

图2：锥状纳米线尖端与超灵敏Si悬臂梁结构的集成：A超灵敏Si悬臂梁结构；B具有锥尖的金刚石纳米线上； C、 D硅悬臂梁与单晶金刚石纳米线的组装集成。

图3：A集成后的扫描探针结构的示意图； B-E针尖的共振频率和品质因子等特性测试结果。