تشخیص ویژگی‌های در اندازه‌های مولکولی -که در مدارهای کامپیوتری و تجهیزات در مقیاس نانو مشترک اند‌- با استفاده از سنسورهایی که در موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی NIST توسعه یافته‌اند، ممکن است هم آسان‌تر و هم دقیق‌تر انجام شود. با این طرح جدید ، دانشمندان راهی برای حل برخی مشکلات در کالیبراسیون میکروسکوپ‌های نیروی اتمی ( AFMs ) پیدا کرده‌اند.

AFMها از اساسی‌ترین ابزارکار عصر‌ نانو بوده‌اند که می‌توانند مشخصه‌هایی به کوچکی اتم را ثبت کنند. به جای بزرگنمایی با لنز، AFM‌ها با استفاده از یک پایه (cantilever) با نوک بسیار کوچک و تیز ، سطح را لمس می‌کنند. هنگامی که این لبه‌ی کوچک از مشخصه‌های در مقیاس نانو روی یک سطح عبور می‌کند، تعامل بین اتم‌های روی نوک و روی سطح جسم باعث خم شدن پایه می‌شود که ریزترین جزئیات را اشکار می‌کند. به دلیل اینکه نیروهایی که باعث خم شدن این لبه می‌شوند بسیار ضعیف است، دانشمندان حساسیت AFM را با ساختن لبه‌ای که با یک فرکانس خاص در هنگام عبور از روی سطح می لرزد و اندازه گیری مقدار تغییرات فرکانس، افزایش دادند. فرکانس می تواند بسیار دقیق‌تر از هر پارامتر دیگری در علم فیزیک اندازه‌گیری شود.

مشکلی که در اینجا وجود‌ دارد، کالیبره‌کردن حساسیت لبه است. AFM‌ها در خلآ و دماهای حدود 268- درجه سلسیوس بهترین عملکرد را دارند. برای ایجاد خلآ، لبه پایه و نمونه در فضایی کوچک و حفاظت شده توسط دیواره چند لایه قرار دارند و امکان کالیبراسیون در این فضای محدود وجود ندارد. در نتیجه نیاز است نوک پایه جدا شده و در دمای اتاق کنترل شود. فرایندی که نه تنها می‌تواند نتایج AFM را منحرف کند بلکه نیاز به تجهیزاتی دارد که خارج از موسسات مرجع اندازه‌گیری در اختیار افراد معدودی قرار دارد.

به گفته گردن شاو (Gordon Shaw) از NIST، با سنسو‌رهای جدید این مشکل می‌تواند حل شود. ابزاری که برای کالیبراسیون نوک پایه نیاز است در داخل سنسور تعبیه شده‌است و دیگر نیازی به جداسازی از AFM نخواهد بود.

سنسور ساخته شده توسط تیم NIST یک طراحی مجدد از دستگاهی است که باعث لرزش نوک پایه می‌شود و از مواد سیلیکات شبیه به کوارتز مورد استفاده در برخی از ساعت مچی ساخته شده‌است. پایه(cantilever) یک مستطیل حدود سه میلی‌متری است در انتهای آن آینه ای است که که نور درخشانی را از یک LED منعکس می کند. LED را می توان برای تولید مقدار خاصی از انرژی تنظیم کرد. هنگامی که فتون‌ها به آینه برخورد می‌کنند، فشار کافی برای تنظیم ارتعاش پایه اعمال می‌کنند. مسافتی‌ که نوک پایه به سمت پایین و بالا طی می‌کند – توسط انترفرومتر اندازه گیری شده – میزان سخت بودن پایه در آن دما را معلوم می‌کند. این‌کار برای معادل‌کردن تغییرات فرکانس نوک پایه با تغییرات نیروی اتمی است. به گفته شاو، این سنسورها قادر هستند نیروهایی به کوچکی فمتونیوتن که به اندازه 1000 برابر از نیروی لازم برای کشیدن یک مولکول DNA کوچک‌تر است را ثبت کنند.

این اولین گروه از NIST خود کالیبره شونده تعبیه شده در یک تراشه است که توان لیزر، کالیبراسیون کننده های نیرو و جرم را در یک بسته قابل حمل که می‌تواند در فضاهای کوچک مثل AFM استفاده شود را ادغام کرده است.

پروب AFM خود کالیبره شونده : نور از چپ، از زیر فیبر نوری حرکت می‌کند و به لبه بخشی که با طلا روکش شده برخورد می‌کند. نور سنسور را به لرزش درمی‌آورد. فیبر طویل سمت راست به اینترفرومتری که در تصویر نشان‌داده نشده، متصل شده است و حرکت نوک پایه را اندازه‌گیری می‌کند و مقدار سختی پایه را می‌دهد. سنسور از سمت چپ از دو ناحیه به دیواره متصل شده است. بخش‌های تاریک‌تر تصویر فضای خالی هستند.