カヴリ賞を受賞したAFMパイオニア

30年後の9,000回の引用により、原子間力顕微鏡（AFM）の発明者は、今日、カヴリナノサイエンス賞を受賞しました。

Gerd Binnig 1990年代のクリストフガーバー。

この賞は、Gerd Binnig、Christoph Gerber、CalvinQuateの間で共有されます。 BinnigとGerberは、以前はIBM Research –チューリッヒに所属しており、スタンフォード大学のQuateと協力していました（スタンフォード大学のBinnig、サンノゼのIBM ResearchのGerber、現在はアルマデン）。

3人の科学者は、「原子間力顕微鏡の発明と実現、ナノサイエンスとテクノロジーに変革の影響を与え続けている測定技術とナノスカルプティングの飛躍的進歩」に対して賞を受賞しました。 。」

AFMは、1986年3月3日に、「原子間力顕微鏡」という簡単なタイトルで査読ジャーナル「PhysicalReviewLetters」に最初に掲載されました。本発明は、走査型トンネル顕微鏡法（ＳＴＭ）の原理とスタイラスプロフィロメーターを組み合わせて、原子分解能を検出した。ビーニッヒは数年前に故ハインリッヒローラーと共同でSTMを発明し、1986年にノーベル物理学賞を受賞しました。

最初の特許にのみ記載されているBinnigは、 IEEE Spectrum Magazine に引用されました。 2004年に彼がソファに横たわっている間にAFMのアイデアが無意識のうちに彼に来たと言った。スタンフォードにいる間、彼はカルバン・クアットと彼のIBMの同僚であるクリストフ・ガーバーを巻き込みました。彼はすでにSTMの開発のために協力しており、彼らは一緒にAFMを実現しました。

AFMの30周年についてPhysicsWorld誌で最近インタビューを受けたGerberは、発明の進化について次のようにコメントしています。

「Gerdは、チップとサンプルの間の電流ではなく相互作用力を測定できる可能性があり、おそらくカンチレバーでこれを行うことができると示唆しました。大まかな計算を行ったところ、原子分解能を得るには、10 ^–10 のレベルで力を検出できる必要があることがわかりました。 Nまたは10 ^–11 N！ 」

小さな原子の力を測定する秘訣は、金とダイヤモンドという2つの貴重な元素によってもたらされました。物理学の世界でのガーバーのコメント：

「デバイスの心臓部は、カンチレバーとして使用される厚さわずか数ミクロンの非常に薄い金箔でした。レコードプレーヤーのスタイラスから得られた砕いたダイヤモンドから断片を取り出し、それをカンチレバーに接着してチップとして使用しました。」

「原子分解能はすぐには得られませんでしたが、ジャーナル論文を提出するのに十分な距離でした。 1年以内に、グラファイト表面で初めて原子分解能を示した、バッチ製造されたシリコンカンチレバーをベースにしたより高度な機器ができました。」

彼らの独創的な仕事の後、3人はAFM技術をいくつかの新しい方向に推し進めました。特に、カンチレバーの設計と用途に関してです。

Binnigは、不揮発性メモリの開発を目的とした、ナノ構造化用の大規模並列プローブを作成するためにカンチレバー設計を採用しました。この作業は、ナノパターン化技術を含む多くの革新を生み出しました。

IBMで、Gerberはカンチレバーアレイを使用して「人工鼻」を開発しました。これは、化学および生化学反応の分野だけでなく、医療用途でも成功を収めていることが証明されています。彼は今日もスイスのバーゼルにある彼の研究グループでこの研究を続けています。

Quateは、創薬、食品診断、材料特性評価、爆発物探知のアプリケーションを検知するためのマイクロメカニカルカンチレバーに焦点を当ててきました。

過去30年以内に、AFM機器は、感度、分解能、およびアプリケーションがさまざまな分野に広がるという点で驚異的な発展を遂げてきました。

たとえば、2008年にMarkusTernesとIBMResearch – Almadenの同僚は、この検出スキームを使用して、AFMを使用して表面全体に単一原子をスライドさせ、関連する力を直接測定しました。

1年後、GerhardMeyerとLeoGrossが率いるチューリッヒのIBM科学者のチームは、単一の一酸化炭素分子でAFMの先端を変更しました。この二原子分子は1ナノメートル未満の長さであり、単一分子の内部化学構造を解明できるほどの高解像度の画像を生成しました（化学結合）。

グロスのコメントは、次のように述べています。「他の確立された技術と比較して、私たちの技術の主な差別化要因の1つは、単一分子を測定することです。もう1つの利点は、チップを使用して個々の分子の化学反応を開始でき、反応を追跡してそれらの生成物を原子スケールで研究できることです。」

MeyerとGrossは、同僚のBruno Schulerとともに、最近、PhysicsWorldでのAFMの30周年に関する記事を公開しました。

「重要なことに、高解像度AFMは、個々の分子のレベルで物理的、化学的、生物学的プロセスを理解および制御する機会を提供します。力の感度に加えて時間的および空間的分解能の継続的な改善は、ナノサイエンスのフロンティアをさらに押し上げるでしょう。リチャード・ファインマンが1959年の有名な講演「底には十分な余地がある」で述べたように、おそらくさらに30年以内に、AFMは原子間力顕微鏡に向けてさらに改善される可能性があります。これは、任意の3D原子間力デバイス、メタマテリアル、分子を構築できるツールです。 。」

「どちらの方法でも、AFMが基礎物理学から化学や生命科学に至るまでの発見を促進し続け、ナノメートルスケール以上で自然の最も謎めいたメカニズムを解明することは間違いありません。」

IBMの科学者がカヴリ賞を受賞したのはこれが2度目です。ドンアイグラーは、原子操作の開発と、表面上の正確に制御された原子および分子配列による量子現象の解明により、2010年のカヴリナノサイエンス賞を受賞しました。

カヴリ賞は、最大、最小、そして最も複雑なスケールでの存在の理解における先駆的な進歩に対して科学者を表彰します。天体物理学、ナノサイエンス、神経科学の分野で2年ごとに授与される、3つの国際的な賞のそれぞれは100万ドル（米国）で構成されています。受賞者は、世界で最も有名な6つの科学学会およびアカデミーからメンバーが推薦された委員会によって選ばれます。