Niezwykle czułe urządzenie do pomiaru masy
Hiszpańscy naukowcy skonstruowali najbardziej czułą „wagę” na świecie, zdolną do pomiaru masy pojedynczego protonu! Urządzenie to składa się z pojedynczej nanorurki węglowej i może być w przyszłości stosowane do detekcji pojedynczych cząsteczek, czy też badania reakcji chemicznych.
Ten niezwykły czujnik masy został opracowany przez Adriana Bachtolda i jego współpracowników z Catalan Institute of Technology w Barcelonie. Głównym elementem tego urządzenia jest pojedyncza nanorurka węglowa, rezonująca przy określonej częstotliwości. „Możemy zmieniać częstotliwość rezonansową nanorurki poprzez zmianę jej długości”, powiedział Julien Chaste, członek zespołu. „Nasz rezonator jest bardzo małych rozmiarów; jego długość wynosi 150 nm, z kolei średnica – 2 nm”, dodał Chaste.
Dolna część rysunku: zdjęcie urządzenia wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym przedstawiające nanorurkę węglową (pozioma linia w centrum obrazka) rozciągniętą między źródłem (S – ang. source) i drenem (D – ang. drain). Czarny pasek u dołu zdjęcia odpowiada długości 300 nm.
Nanorurka węglowa – niezwykle dokładny czujnik masy
Częstotliwość rezonansowa pojedynczej nanorurki węglowej wynosi 2 GHz. Gdy jakakolwiek cząsteczka „przyklei się” do jej powierzchni, częstotliwość rezonansowa nanorurki ulega zmianie – zmiana ta jest tym większa, im większa jest masa cząsteczki. Zmiana częstotliwości rezonansowej nanorurki może być następnie monitorowana i wykorzystana do obliczenia masy „przyklejonej” cząsteczki. Poprzednie urządzenia były zdolne do pomiaru masy rzędu 100 joktogramów (1 yg = 10-24 g – zobacz: Przedrostki jednostek układu SI). Czujnik skonstruowany przez Hiszpanów jest zdolny do pomiaru nawet sto razy lżejszych obiektów! Wszystko to dzięki zastosowaniu prądu elektrycznego o dużym natężeniu przepływającego przez czujnik. „Natężenie prądu jest wystarczająco duże, aby powodować usuwanie niepożądanych atomów osadzających się na powierzchni nanorurki”, wyjaśnił Chaste. Eksperymenty z użyciem tego urządzenia przeprowadzono także w warunkach bardzo wysokiej próżni, aby zredukować wpływ obcych atomów na wyniki pomiarów oraz w bardzo niskiej temperaturze (bliskiej 4 K), aby znacząco ograniczyć wpływ efektów termicznych.
Jednym z zastosowań tego urządzenia był pomiar masy pojedynczych cząsteczek naftalenu oraz niewielkiej ilości atomów ksenonu, na podstawie których udało się ustalić, że dokładność pomiaru masy z użyciem tego czujnika kształtuje się na poziomie 1,7 joktogramów – wartość ta odpowiada masie pojedynczego protonu. Zdaniem członków zespołu urządzenie to mogłoby być używane do rozróżniania pierwiastków tworzących określone związki chemiczne, których masa różniłaby się np. o kilkukrotną wartość masy pojedynczego protonu. Dzięki temu możliwe byłoby śledzenie wszelkich procesów zachodzących podczas reakcji chemicznych.
Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com
Dodaj komentarz