Sukurtas naujas dalelių svėrimo standartas. Tai pareiškė Berklio laboratorijos ir Kalifornijos universiteto mokslininkai (JAV), savo tyrimams pritaikę tą pačią technologiją, leidusią sukurti pirmąjį puikiai veikiantį nanovamzdelių radiją.
Tyrėjai sumodeliavo nanoelektromechaninę sistemą (NEMS), kuri yra pakankamai jautri, kad ja būtų galima išmatuoti vieno aukso atomo masę.
Tyrimui vadovavo Kalifornijos universiteto Berklyje Fizikos departamento Integruotųjų nanomechaninių sistemų centro direktorius Alexas Zettlas. Jam talkino Kennethas Jensenas ir Kwanpyo Kimas.
„Pastaruosius penkiolika metų pagrindinis NEMS tyrimų tikslas buvo padaryti šias sistemas kuo mažesnis ir kuo jautresnes – kad būtų galima išmatuoti vienos molekulės ar net vieno atomo masę. Tai buvo rimtas iššūkis net smarkiai sumažinus temperatūrą, kai šiluminių triukšmų įtaka smarkiai prislopinama ir pagerėja jautrumas. Tačiau vieno atomo skyrą mums pavyko pasiekti kambario temperatūroje“, – pasakoja A. Zettlas
Naująjį NEMS masės jutiklį sudaro anglies nanovamzdelis, primenantis vieną į kitą sukištus anglies atomų cilindrus. Tokios sandaros nanovamzdelis yra tvirtesnis ir pasižymi geresnėmis elektrinėmis savybėmis.
Vienas jo galas yra laisvas, o kitas pritvirtintas prie elektrodo. Prijungus nuolatinės srovės šaltinį (pavyzdžiui, bateriją) laisvajame nanovamzdelio gale susidaro neigiamas krūvis, o paveikus papildomu radijo bangų šaltiniu, nanovamzdelis ima vibruoti tam tikru rezonansiniu dažniu.
Kai atomai arba molekulės yra patalpinami šioje sistemoje, vamzdelio rezonansinio dažnis kitimas tampa proporcingas patalpintųjų dalelių masei. Telieka išmatuoti dažnio pokytį ir bus galima tiksliai pasakyti sveriamų atomų arba molekulių masę.
„Priversti nanovamzdelius vibruoti yra ganėtinai paprasta. Sunkiausia yra aptikti šias nežymias vibracijas. Tam mes emitavome elektronus iš nanovamzdelio galo ir matavome susidariusią elektros srovę“, – aiškina Kennethas Jensenas.
Mokslininkai NEMS masės jutikliais sugebėjo pasverti atskirus aukso atomus ir netgi kambario temperatūroje išmatuoti mases, prilygstančias dviem penktosioms aukso atomo masės, per šiek tiek daugiau nei vieną sekundę. Viename kilograme aukso yra apie 3 trilijonai trilijonų (1024) atomų.
Anksčiau buvo sukurta kitokių – silicio pagrindo – NEMS masės jutiklių, tačiau nei vienas iš jų negalėjo pasverti vieno atomo kambario temperatūroje. A. Zettlo grupės sukurti anglies nanovamzdelių masės jutikliai yra tūkstantį kartų mažesni už įprastinius NEMS rezonatorius.
„Anglies nanovamzdeliai šiam tikslui yra tiesiog idealūs – jų dydis leidžia pasiekti reikiamą jautrumą, todėl galima išskirti atskirą atomą netgi kambario temperatūroje“, – džiaugiasi K. Jensenas.
Nors mokslininkai jau ir anksčiau turėjo galimybę sverti atomus, tam reikėjo naudoti ganėtinai sudėtingą technologiją, vadinamą masės spektrometrija. Naujasis anglies nanovamzdelių NEMS masės jutiklis atveria dar neregėtas galimybes.
„Priešingai nei masės spektrometrijos metodai, mūsų įrenginys nėra paremtas neutralių atomų ar molekulių jonizavimo procesu, galinčiu sunaikinti tokius jautrius bandinius kaip proteinai. Be to, mūsų anglies nanovamzdelių jutiklis yra jautresnis didesnių masių diapazone, todėl labiau tinkamas tokių didelių biomolekulių kaip DNR matavimams. Galiausiai mūsų įrenginys yra pakankamai mažas, kad vėliau jį būtų galima integruoti į lustą“, – teigia K. Jensenas.
Mokslininkų trijulė savo darbą, pavadintą „Atominės skyros nanomechaninis masės jutiklis“, išspausdino „Nature Nanotechnology“ žurnale.
