Posted in | Nanomaterials

Het Nieuwe Instrument Kan Ketting van Atomen Apart Tactvol Trekken

Published on March 31, 2010 at 6:38 PM

Hoe hard moet u op één enkel atoom van-laten we zeggen-goud om het van het eind van een ketting van gelijkaardige atomen los te maken trekken? * Het is een maatregel van de verbazingwekkende vooruitgang in nanotechnologie die vraagt dat eens slechts fysici zou geïnteresseerd of de chemici nu door ingenieurs worden gevraagd. Om met de antwoorden te helpen, hebben een onderzoeksteam bij het Nationale Instituut van Normen en de Technologie (NIST) een ultra-stable instrument voor het trekken aan op kettingen van atomen, een instrument gebouwd dat het standpunt van een atoomsonde aan binnen 5 picometers, of 0.000 000 000 5 centimeters manoeuvreren en kan innemen. **

Het basisexperiment gebruikt een NIST-Ontworpen instrument dat door de aftasten een tunnel gravende microscoop wordt geïnspireerd (STM). Het instrument NIST gebruikt als sonde een fijne, zuivere gouden draad die aan een scherp uiteinde te voorschijn wordt gehaald. De sonde wordt geraakt aan een vlakke gouden oppervlakte, veroorzakend de uiteinde en oppervlakteatomen om te plakken, en geleidelijk aan weg getrokken tot een enig-atoomketting (zie figuur) en toen onderbrekingen wordt gevormd. De truc staat dit met dergelijke uitstekende positionele controle te doen op het punt dat u kunt vertellen wanneer de laatste twee atomen zijn te scheiden, en alles vast houden; u kunt op dat punt de stijfheid en het elektrogeleidingsvermogen van de enig-atoomketting meten, alvorens het te breken om zijn sterkte te meten.

Het team NIST gebruikte een combinatie van knap ontwerp en obsessieve aandacht aan bronnen van fout om resultaten te bereiken die anders heldhaftige inspanningen bij trillingsisolatie, volgens ingenieur Jon Pratt zouden vereisen. Een vezeloptisch systeem opgezet enkel naast de sonde gebruikt de zelfde gouden oppervlakte die door de sonde wordt geraakt zoals één spiegel in een klassieke optische interferometer geschikt om veranderingen in beweging veel te ontdekken kleiner dan de golflengte van licht. Het signaal van de interferometer wordt gebruikt om het hiaat tussen oppervlakte en sonde te controleren. Gelijktijdig, het uiterst kleine elektrische huidige worden stromen tussen de oppervlakte en de sonde gemeten om te bepalen wanneer de verbinding aan de laatste twee atomen in contact heeft versmald. Omdat er zodat weinig atomen in kwestie zijn, kan de elektronika, met enig-atoomgevoeligheid registreren, versmalt de verschillende sprongen in geleidingsvermogen als verbinding tussen sonde en oppervlakte.

Het nieuwe instrument kan met een parallelle onderzoeksinspanning bij NIST worden in paren gerangschikt om een nauwkeurige atoom-schaalkracht sensor-voor voorbeeld tot stand te brengen, een microscopische duik-raad-als cantilever de waarvan stijfheid op Saldo van de Kracht van NIST het Elektrostatische is gekalibreerd. De Fysicus Douglas Smith zegt de combinatie de directe meting van kracht tussen twee gouden atomen op een bepaalde manier zou moeten mogelijk maken traceable volgens nationale metingsnormen. En omdat om het even welke twee gouden atomen hoofdzakelijk identiek zijn, zou dat andere onderzoekers een directe methode geven om hun apparatuur te kalibreren. „Wij zijn na iets die de mensen die doen dit soort meting konden gebruiken zoals een benchmark om hun instrumenten te kalibreren zonder het moeten naar al probleem gaan wij,“ Smith zegt. „Wat als het experiment u uitvoert zich omdat de meting kalibreert u maakt intrinsieke waarden heeft? U kunt een elektrometing maken die vrij gemakkelijk is en door geleidingsvermogen waar te nemen u kunt vertellen wanneer u aan deze enig-atoomketting hebt gekregen. Dan kunt u uw mechanische metingen maken wetend wat die krachten en uw instrument opnieuw calibreren dienovereenkomstig zouden moeten zijn.“

Naast zijn toepassing op nanoscalewerktuigkundigen, zeg het team NIST, stabiliteit heeft de op lange termijn van hun systeem bij de picometerschaal belofte voor het bestuderen van de beweging van elektronen in ééndimensionale systemen en de enig-moleculespectroscopie.

* Het antwoord, dat vanaf atoommodellen wordt berekend, zou iets onder 2 nanonewtons, of minder dan 0.000 000 007 ons van kracht moeten zijn.

** D.T. Smith, J.R. Pratt, F. Tavazza, L.E. Levine en A.M. Chaka. Een ultra-stable platform voor de studie van enig-atoomkettingen. J. Appl. Phys., in pers, Maart, 2010.

Last Update: 13. January 2012 01:25

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit