ابداع حسگر جرمی با دقتی بالا

[azarafrooz 14221]

پژوهشگران اسپانیایی با استفاده از نانولوله کربنی دستگاهی ساخته‌اند که می‌تواند تک مولکول‌ها و اتم‌ها را شناسایی کرده و توزین نماید. این ترازو از دقت بسیار بالایی برخوردار است.

 

 

محققان اسپانیایی موفق به ساخت دستگاه بسیار حساسی شدند که قادر به توزین یک پروتون است. این ترازوی جدید قادر است یک مولکول یا اتم را شناسایی کند. همچنین با استفاده از این دستگاه می توان اتم‌های متصل به سطح را مورد مطالعه قرار داد.

 

این ترازو از یک نانولوله کربنی تشکیل شده است که روی حفره‌ای قرار دارد، همانند یک پل که بروی رودخانه‌ای قرار گرفته است. با توجه به این که این نانولوله به‌صورت رشته‌ای معلق میان دو سطح است، نوساناتی با فرکانس مشخص در این نانولوله وجود دارد که به آن فرکانس رزونانس اطلاق می‌شود. اگر ذره‌ای روی این نانولوله قرار گیرد می‌توان هم خود ذره و هم وزن آن را به‌دست آورد. ذرات درشت تر بیشتر از ذرات ریز قادرند فرکانس نوسان را کاهش دهند.

 

گروه‌های تحقیقاتی مختلفی از این راهبرد استفاده کرده تا حسگرهای نانومکانیکی تولید کنند آنها یا از نانولوله‌های کربنی و یا از رشته هایی نانومقیاس از مواد دیگر نظیر کاربید سیلیکون برای این کار استفاده کرده‌اند. اما این حسگرها به‌قدر کافی حساس نیستند تا بتوانند مولکول‌ها و اتم‌های منفرد را شناسایی کنند.

 

 

برای افزایش حساسیت، این گروه تحقیقاتی به رهبری آدریان بچتولد از موسسه فناوری نانو کاتالان در بارسلونا، نانولوله کربنی را روی یک حفره بسیار باریک قرار دادند که پهنایی در حدود 150 نانومتر داشت. دلیل این امر آن است که با کوتاه‌تر شدن نانولوله کربنی تغییر فرکانس آن افزایش می‌یابد. همچنین این کار در خلاء بسیار بالا و در دمای 4 کلوین انجام شد. با این کار دخالت مولکول‌های ناخواسته حذف شده و نویز الکتریکی به‌حداقل می رسد. اما این کار هم کافی نبود.

 

مشکلی که وجود داشت مربوط به فرکانس رزونانس نانولوله بود که در سطوح مختلف تغییر می‌کرد. این تغییرات بسیار کوچک بود به‌همین دلیل پیش از این به آن توجهی نمی‌شد. بچتولد می‌گوید ما به بررسی منشاء این تغییرات پرداختیم. یک سناریو این بود که آلودگی مولکول‌های در حال حرکت روی سطح نانولوله منشاء این نوسانات هستند. برای کنترل این سناریو، نانولوله‌ها حرارت داده شدند تا آلودگی‌ها از سطح آنها زدوده شده و نوسانات از بین روند.

 

بعد از این که با جریان الکتریکی به نانولوله حرارت داده شد، این گروه توانست وجود یک مولکول نفتالین و تعداد کمی اتم زنون را شناسایی کند، کاری که پیش از این انجام نشده بود. نتایج نشان داد که قدرت تفکیک این حسگر به اندازه وزن یک پروتون است.