Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanoelectronics

Het Meten van Van Der Waals Force Helpt om Structuur van Atomen Te Begrijpen

Published on January 28, 2011 at 5:50 AM

Metend de aantrekkingskracht tussen atomen en oppervlakten met een ongekende precisie, heeft de Universiteit van de fysici van Arizona gegevens geproduceerd die ons begrip van de structuur van atomen konden raffineren en nanotechnologie verbeteren. De ontdekking is gepubliceerd in de Brieven van het dagboek Fysieke Overzicht.

Van der Waals de krachten zijn fundamenteel voor chemie, biologie en fysica. Nochtans, zijn zij onder de zwakste bekende chemische interactie, zodat zijn zij algemeen bekend moeilijk te bestuderen. Deze kracht is zo zwak dat het moeilijk om in het dagelijkse leven is op te merken. Maar speur in de wereld van micro-machines en nano-robots, en u zult de kracht - overal voelen.

De Gediplomeerde student Vincent (verlaten) Lonij zal, verwante professor van fysica Alex Cronin, onderzoekmedewerker Holmgren en student Catherine Klauss onderhoud op een kamer uitvoeren die aan straalatomen door grating wordt gebruikt een uiterst kleine kracht te meten dat de hulpfysici beter de structuur van atomen begrijpen.

„Als u uw componenten genoeg klein maakt, uiteindelijk begint dit potentieel bestelwagen-der-Waals de dominante interactie te worden,“ bovengenoemde Vincent Lonij, een gediplomeerde student in het Ministerie van RE van fysica dat het onderzoek als deel van zijn doctorale thesis leidde.

„Als u uiterst klein maakt, plakken de uiterst kleine toestellen voor een nano-robot, bijvoorbeeld, die toestellen enkel samen en komen tot stilstand. Wij willen beter begrijpen hoe deze kracht.“ werkt

Om de kracht te bestuderen bestelwagen-der-Waals, Zullen Lonij en zijn medewerkers Holmgren, ontwierpen Cathy Klauss en de verwante professor van fysica Alex Cronin een verfijnde experimentele opstelling die de interactie tussen enige atomen en een oppervlakte kan meten. De fysici halen voordeel uit quantumwerktuigkundigen, wat verklaart dat de atomen kunnen worden bestudeerd en zowel als deeltjes als als golven beschreven.

„Wij ontspruiten een straal van atomen door grating, ongeveer zoals een omheining van het micro-schaalpiket,“ verklaarde Lonij. „Aangezien de atomen door grating overgaan, staan zij met de oppervlakte van de grating bars in wisselwerking, en wij kunnen die interactie meten.“

Aangezien de atomen door de spleten in grating overgaan, trekt de kracht bestelwagen-der-Waals hen naar de bars aan die de spleten scheiden. Afhankelijk van hoe sterk de interactie, het de baan verandert van het atoom, enkel als een lichtstraal wordt gebogen wanneer het door water of een prisma overgaat.

Een golf die door het midden van de spleet overgaan doet dit vrij onbelast. Anderzijds, als een atoomgolf dicht door de randen van de spleet overgaat, staat het met de oppervlakte in wisselwerking en slaat een bit vooruit, „uit fase over,“ zoals de fysici zeggen.

„Nadat de atomen door grating overgaan, ontdekken wij hoeveel de golven uit fase zijn, die ons vertelt hoe sterk het potentieel bestelwagen-der-Waals was toen de atomen met de oppervlakte.“ in wisselwerking stonden

Geheimzinnig aangezien het, zonder de kracht bestelwagen-der-Waals schijnt, zou het leven onmogelijk zijn. Bijvoorbeeld, helpt het de proteïnen die omhoog onze organismen aan vouwen in de complexe structuren maken die hen om over hun hoogst gespecialiseerde banen toelaten te gaan.

In Tegenstelling Tot magnetische aantrekkelijkheid, die slechts metalen of kwestie dragend een elektrische stroom beïnvloedt, maken de krachten bestelwagen-der-Waals om het even wat aan om het even wat plakken, op voorwaarde dat twee uiterst dicht bij elkaar zijn. Omdat de kracht zo zwak is, strekt zijn actie zich niet voorbij de schaal van atomen uit - die precies de reden is waarom er geen bewijsmateriaal van zulk een kracht in onze dagelijkse wereld is en waarom wij het aan fysici zoals Lonij overlaten om zijn geheimen te ontrafelen.

Aanvankelijk, werd hij gedreven eenvoudig door nieuwsgierigheid, bovengenoemde Lonij. Toen hij zijn project begon, wist hij niet het zou leiden tot een nieuwe manier om de krachten tussen atomen te meten en de oppervlakten die de manierfysici kunnen veranderen over atomen denken.

En met een glimlach, voegde hij toe, „I dacht het passend zou zijn om deze kracht te bestuderen, aangezien Ik van Nederland ben; M. van der Waals was ook Nederlands.“

Naast test dat uitboort dragen de elektronen tot het potentieel bestelwagen-der-Waals bij, maakten Lonij en zijn groep een andere belangrijke ontdekking.

De Fysici rond de wereld die de structuur van het atoom bestuderen streven voor benchmarks die hen toelaten om hun theorieën over te testen hoe de atomen werken en op elkaar inwerken. „Onze metingen van atoom-oppervlakte potentieel kunnen als dergelijke benchmarks dienen,“ verklaarde Lonij. „Wij kunnen atoomtheorie op een nieuwe manier nu testen.“

Bestuderen van hoe de atomen op elkaar inwerken is moeilijk omdat zij eenvoudig geen uiterst kleine ballen zijn. In Plaats Daarvan, zijn zij wat de fysici veel-lichaamssystemen roepen. Een „atoom bestaat uit een gehele bos van andere deeltjes, elektronen, neutronen, protonen, enzovoort,“ bovengenoemde Lonij.

Alhoewel het atoom als geheel geen netto elektrische last houdt, zijn de verschillende geladen deeltjes die zich rond in zijn binnenland bewegen wat tot de kracht bestelwagen-der-Waals in de eerste plaats leiden.

„Wat gebeurt is dat de elektronen, die al negatieve last houden, en de protonen, die al positieve last houden, zijn niet altijd in de zelfde plaatsen. Zo kunt u uiterst kleine kleine verantwoordelijke verschillen hebben die zeer snel schommelen. Als u een last dicht bij een oppervlakte zet, veroorzaakt u een beeldlast. Op een hoogst vereenvoudigde manier, kon u zeggen het atoom wordt aangetrokken naar zijn eigen gedachtengang.“

Aan fysici, die dingen keurig en schoon en handelbaar met wiskunde zo scherp als een scheermes verkiezen, is zulk een systeem, dat van vele kleinere deeltjes omhoog wordt gemaakt die rond elkaar zoemen, moeilijk te preciseren. Om aan de complicatie toe te voegen, zijn de meeste oppervlakten niet schoon. Aangezien Lonij het zet, „het Vergelijken van zulk een vuile systeem bij theorie is een grote uitdaging, maar wij berekenden een manier om het hoe dan ook te doen.“

Een „grote kritiek van dit type van het werk was altijd goed, „, u meet dit atoom-oppervlakte potentieel, maar u weet wat niet de oppervlakte kijkt als zodat weet u wat niet u werkelijk meet. „“

Om dit probleem te elimineren, gebruikte het team van Lonij verschillende types van atomen en bekeek hoe elk met de zelfde oppervlakte in wisselwerking stond.

„Onze techniek geeft u de verhouding direct van potentieel zonder het potentieel voor één van beide atomen ooit te kennen,“ hij zei. „Toen Ik vijf jaar geleden begon, was de onzekerheid in deze soorten metingen 20 percenten. Wij verlaagden het aan twee percenten.“

De meest significante ontdekking was dat de binnenelektronen van een atoom, die de kern cirkelen bij een dichtere waaier dan de buitenelektronen van het atoom, de manier beïnvloeden het atoom met de oppervlakte in wisselwerking staat.

„Wij tonen aan dat deze kernelektronen tot het atoom-oppervlakte potentieel bijdragen,“ bovengenoemde Lonij, „die slechts in theorie tot nu toe werd gekend. Dit is de eerste experimentele demonstratie dat elektronen beïnvloedt atoom-oppervlakte potentieel.“ uitboort

„Maar wat misschien belangrijker is,“ hij voegde toe, „is dat u het kunt rond ook draaien. Wij weten nu dat de kernelektronen atoom-oppervlakte potentieel beïnvloeden. Wij weten ook dat deze kernelektronen moeilijk om in atoomtheorie zijn te berekenen. Zo kunnen wij metingen van atoom-oppervlakte potentieel gebruiken om de theorie beter te maken: De theorie van het atoom.“

Bron: http://www.arizona.edu/

Last Update: 11. January 2012 10:46

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