qPlus Sensor

Oszillatoren mit temperaturunabhängiger Eigenfrequenz sind in der Uhrentechnik wichtig. Die meisten Zeitnormale für Uhren bestehen heute aus einer Quartz-Stimmgabel. Quartz-Stimmgabeln sind zwei gekoppelte harmonische Oszillatoren, die in einem evakuierten Metallgehäuse schwingen mit f₀ = 32 768 = 2¹⁵ Hz.

Wir bauen aus diesen Stimmgabeln Federbalken, indem wir eine der Zinken festkleben und auf die andere Zinke eine Spitze montieren - ein "qPlus-Sensor" ist entstanden. Die Eigenfrequenz liegt - je nach Masse der Spitze - bei ca. 20 kHz, und die Federkonstante unserer Stimmgabeln (aus Swatch-Uhren) ist k = 1800 N/m.

Der "qPlus Sensor" hat folgende Vorteile:

• hohe Steifigkeit
• hohe Frequenzstabilität
• sehr einfache piezoelektrische Auslenkungsmessung
• geringe Leistungsaufnahme, geringes Rauschen

Die Vorteile, die die Kraftmikroskopie mit sehr harten Federgabeln und kleinen Amplituden ermöglicht, sind durch experimentelle Ergebnisse untermauert worden, worin erstmals "subatomare" Auflösung demonstriert wurde, d.h. in einem einzelnen Atom wurden Strukturen beobachtet, die mit der orbitalen Ladungsdichte zusammenhängen.