2008年7月29日
有一个新的“黄金标准”磅秤的敏感性。使用相同的技术,他们创造了世界上第一个全功能的纳米管收音机,研究人员伯克利实验室和加州大学伯克利分校(UC)有老式nanoelectromechanical系统(NEMS),可以作为一个规模足够敏感测量单个原子的质量的黄金。
双壁碳纳米管NEMS被用来测量单个原子的质量的黄金。原子降落在管改变管的共振频率在原子的质量比例,就像当一名潜水员的跳板。来源:由肯尼斯·延森形象。
Alex Zettl领导,一个物理学家与伯克利实验室材料科学部门共同任命(MSD)和加州大学伯克利分校物理系,在那里他是集成纳米机械系统的中心的主亚博网站下载任,领导亚博老虎机网登录了这一研究。和他一起工作是他的研究小组成员,肯尼斯·詹森和Kwanpyo金姆。
”在过去的15年左右,NEMS的圣杯是推动他们足够小的大小足够高的敏感性,这样他们可能解决一个分子的质量,甚至单个原子,“Zettl说。“这是一个挑战即使在低温下,减少热噪声提高了灵敏度。我们取得了sub-single-atom决议在室温下!”
新NEMS质量传感器组成一个单一的双壁碳纳米管,提供统一的电特性和刚度增加。碳纳米管的一个提示是免费的,另一个技巧是固定在靠近电极对电极。直流电压源,如电池或太阳能电池阵列,连接到电极。应用直流偏压上创建了一个负的电荷自由的纳米管。额外的射频波“痒”碳纳米管,使其以特有的“弯曲”振动共振频率。
当一个原子或分子沉积到碳纳米管,管的共振频率的变化比例原子或分子的质量,就像一名潜水员的附加质量跳水板的弯曲共振频率的变化。频率测量这一变化揭示了撞击原子或分子的质量。
“纳米管振动是相当容易的,”詹森说。困难的部分是检测这些微小的振动。我们完成这field-emitting或喷涂,电子从碳纳米管的尖端和检测产生的电流”。
使用他们的NEMS质量传感器,Zettl,詹森和金姆能够权衡,测量单个金原子质量尽可能小的2/5金原子在室温和在短短一秒多一点的时间。一个金原子的质量是3.25 x 10到25公斤,这意味着约有3亿亿亿金原子在一公斤。
虽然还有其他NEMS函数作为质量传感器之前,这些以前的设备大多是由硅,并没有实现在室温下神奇的单原子分辨率的。Zettl的碳纳米管质量传感器组是小一千倍的体积比一般NEMS谐振器,测量直径大约只有一米的1000000000和200/1000000000米的长度。
为此“碳纳米管是理想的材料和他们的小尺寸使他们敏感甚至足以解决单个原子在室温下,”詹森说。
虽然科学家们已经有能力衡量单个原子的质量通过一个复杂的称为质谱的技术,这种新型碳纳米管NEMS质量传感器提供了一些独特的优势,打开新的可能性的大门,詹森解释道。
“与质谱分析,我们的设备不需要中性原子的电离或蛋白质等分子会破坏样品。也不同于质谱仪,我们的碳纳米管质量传感器在高质量范围变得更加敏感,这使得它更适合测量大型生物分子,如DNA。最后,我们的设备是足够小,这样,随着时间的推移,它可以被整合到芯片。”
Zettl,詹森和金姆描述了NEMS质量传感器在一篇发表在《自然纳米技术,标题为:“一个原子水平纳米机械质量传感器。”This research was supported by the U.S. Department of Energy's Office of Science, Basic Energy Sciences Program's Materials Sciences and Engineering Division, and by the National Science Foundation within the Center of Integrated Nanomechanical Systems.
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