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Posted in | Nanomaterials

Neues Instrument Kann Zart Zug-Kette von Atomen Auseinander

Published on March 31, 2010 at 6:38 PM

Wie stark müssen Sie auf ein einzelnes Atom ziehen von-let's das Sagengold, es vom Ende einer Kette der gleichen Atome abtrennen? * Es ist eine Maßnahme des erstaunlichen Fortschritts in der Nanotechnologie, die fragt, dass einmal nur Physiker interessiert haben würde, oder Chemiker jetzt von den Ingenieuren gefragt werden. Um bei den Antworten, hat ein Forschungsteam am National Institute of Standards and Technology (NIST) zu helfen ein ultra-stabiles Instrument für das Zerren auf Ketten von Atomen, ein Instrument die manövrieren können und die Stellung eines Atomfühlers zu innen 5 Picometers anhalten oder 0,000 000 000 5 Zentimeter aufgebaut. **

Das grundlegende Experiment verwendet ein NIST-konstruiertes Instrument, das durch das Scannentunnelbaumikroskop angespornt wird (STM). Der NIST-Instrumentgebrauch als Fühler ein feines, reines Goldkabel langwierig zu einer scharfen Spitze. Der Fühler wird zu einer flachen Goldoberfläche berührt und veranlaßt die Spitzen- und Oberflächenatome zu kleben, und allmählich weggezogen, bis eine Einzelatom Kette (sehen Sie Abbildung) und dann Brüche gebildet ist. Der Trick ist, dies mit solcher vorzüglichen Positionsregelung zu tun, die Sie mitteilen können, wenn die letzten zwei Atome sind sich zu trennen, und alles stabil anhalten; Sie können die Steifheit und die elektrische Leitfähigkeit der Einzelatom Kette an diesem Punkt messen, bevor Sie sie brechen, um seine Stärke zu messen.

Das NIST-Team verwendete eine Kombination der klugen Auslegung und der besessenen Aufmerksamkeit zu den Fehlerquellen, um Ergebnisse, die andernfalls heroische Bemühungen an der Schwingungsisolierung benötigen würden, nach Ansicht des Ingenieurs Jon Pratt zu erzielen. Eine Glasfaseranlage montierte gerade neben den Fühlergebrauch die gleiche Goldoberfläche, die durch den Fühler als ein Spiegel in ein klassisches optisches Interferometer berührt wurde, das zum Entdecken von Änderungen in der Bewegung fähig ist, die der Leuchte weit kleiner als die Wellenlänge ist. Das Signal vom Interferometer wird verwendet, um den Abstand zwischen Oberfläche und Fühler zu steuern. Gleichzeitig wird ein kleiner elektrischer Strom, der zwischen die Oberfläche fließen und Fühler gemessen, um zu bestimmen, wann die Kreuzung zu den letzten zwei Atomen im Kontakt verengt hat. Weil es so wenige betroffene Atome gibt, kann Elektronik, mit Einzelatom Empfindlichkeit, den eindeutigen Sprüngen in der Leitfähigkeit als die Kreuzung zwischen Fühler und den Oberflächenengen registrieren.

Das neue Instrument kann mit einem parallelen Forschungsaufwand an NIST zusammengepaßt werden, eine genaue Atom-schuppe Kraft Fühler-für Beispiel, einen mikroskopischen Tauchen Behörde ähnlichen Kragbalken zu erstellen, dessen Steifheit auf Elektrostatische Kraft-Ausgleich NIST kalibriert worden ist. Physiker Douglas Smith sagt, dass die Kombination das direkte Maß von der Kraft zwischen zwei Goldatomen auf eine Art ermöglichen sollte, die zu den nationalen Messnormen nachweisbar ist. Und weil alle mögliche zwei Goldatome im Wesentlichen identisch sind-, würde das anderen Forschern eine direkte Methode der Kalibrierung ihres Geräts geben. „Wir sind nachdem etwas, dem Leute, die tun, diese Art des Maßes, während ein Benchmark, zum ihrer Instrumente zu kalibrieren, ohne zu müssen zum ganzem, Problem zu gehen wir tut,“ Smith verwenden konnten sagen. „Was, wenn das Experiment, das Sie durchführen, kalibriert sich, weil das Maß Sie machen, hat Sachwerter? Sie können ein elektrisches Maß machen, das ziemlich einfach ist und indem Sie Leitfähigkeit beobachten, Sie mitteilen können, wann Sie an diese Einzelatom Kette gelangt sind. Dann können Sie Ihr mechanisches Maßwissen machen, was jene Kräfte dementsprechend sein und Ihr Instrument nacheichen sollten.“

Zusätzlich zu seiner Anwendung auf nanoscale Mechanikern, sagen Sie das NIST-Team, hat die Langzeitstabilität ihrer Anlage an der Picometerschuppe Versprechen für das Studieren der Bewegung der Elektronen in den eindimensionalen Anlagen und in Einzelmolekül Spektroskopie.

* Die Antwort, berechnet von den Atombaumustern, sollte etwas unter 2 nanonewtons oder weniger als 0,000 000 007 Unzen Kraft sein.

** D.T. Smith, J.R. Pratt, F. Tavazza, L.E. Levine und A.M. Chaka. Eine ultra-stabile Plattform für die Studie von Einzelatom Ketten. J. Appl. Phys., in der Druckerei, Im März 2010.

Last Update: 13. January 2012 01:29

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