Схема датчика показывает нанотрубку в зазоре. Часть трубки в зазоре свободно вибрирует. Внизу изображение от сканирующего электронного микроскопа, на котором видна нанотрубка (слабая горизонтальная линия), между электродами источником (S) и стоком (D).
Масштаб полоски (нижний правый угол): 300 нм.
Schematic of the sensor (top) showing the nanotube stretched across a gap. The portion of the tube in the gap is free to vibrate. The lower panel is a scanning-electron-microscope image of the device showing the nanotube (faint horizontal line) stretched between the source (S) and drain (D
Вес в йоктограмм взят!
Исследователи в Испании сделали самый чувствительный датчик для измерения массы. Способностью взвешивания одного протона, - который имеет массу в 1,7 йоктограмм, или около 10
-24
г — обладает устройство, состоящее из подвешенной углеродной нанотрубки. Датчик может быть использован для обнаружения отдельных молекул или для изучения химических реакций в процессе их протекания и даже может дать ответ на основополагающие вопросы квантовой механики.
Новый датчик массы сделал Адриан Бэчтолд (Adrian Bachtold) и его коллеги из Каталонского технологического института в Барселоне. Он состоит из одной подвешенной углеродной нанотрубки, которая резонирует с определенной частотой. «Мы можем увеличить высоту тона - или акустическую резонансную частоту этой "наноструны" за счет уменьшения ее длины», объясняет член группы Жюльен Шаст (Julien Chaste). «Наш резонатор очень короткий (всего в 150 нм в длину) и 2 нм в диаметре».
Углеродная нанотрубка резонирует на частоте 2 ГГц. Когда крошечная частица прилипает к трубке, то резонансная частота падает, причем с более тяжелыми частицами частота падает больше, чем с легкими. Сдвиг резонансной частоты можно отслеживать и использовать для расчета массы частицы.
Ученые делали такие датчики массы и раньше, и этими устройствами удалось измерить массу около 100 йоктограмм. Новое устройство может взвешивать объекты еще в 100 раз легче.
Отжиг током
Бэчтолд с коллегами повысили чувствительность прибора, пропуская большой электрический ток через него, чтобы "очистить" его. «Такой ток отжига был достаточен, чтобы избавиться от некоторых абсорбированных атомов, которые выступают в качестве загрязняющей 'пыли'», объясняет Жюльен Шаст. Эксперименты проводились в сверхвысоком вакууме для сведения к минимуму помех от окружающих молекул и при температуре всего 4 K, чтобы уменьшить тепловое воздействие.
Исследователи использовали для настройки обнаружение отдельных молекул нафталина и небольшого числа атомов ксенона. Исходя из этого, они подсчитали, что датчик имеет разрешение 1,7 йоктограмм, что около массы одного протона.
Протекание химических реакций
Исследователи утверждают, что их датчик может быть использован для выделения различных элементов в соединения, которые могут отличаться лишь на несколько протонов. Поэтому было бы возможным исследовать процесс протекания химических реакций, говорит Жюльен Шаст.
«Чувствительность регистрации массы нашим устройством связана с его крошечными размерами, ведь наномир в целом, и нанорезонаторы в частности, сверхчувствительны к малым массам, силам, зарядам и магнитным моментам», добавляет он. «Наряду с измерением массы, нанорезонаторы работающие при сверхнизких температурах могли бы также быть очень интересными для фундаментальных исследований в области квантовой физики».
В нейтринной физике измеряют не массу нейтрино, а разность квадратов масс ароматов и потому, чтобы подчеркнуть добавляется слово "абсолютный" и там это оправдано.
О. Е. Кириллов
11 мая 2012 г.
18:39:35
Что значит "абсолютная масса"? Есть еще какая то, кроме просто массы в килограммах? Частота колебаний и зависит напрямую от массы грузика в системе струна-грузик. ОК.