纳米管的“跳板”重量紧紧抓住原子

2017-04-24 01:01:03

科林巴拉斯(Colin Barras)由碳纳米管构成的微型跳板可以在单个原子落到其表面时对其进行称重该设备可以取代高分辨率质谱仪,这些质谱仪往往会破坏它们称重的样品谐振器,在某些频率下自然强烈振荡的材料,有助于增强许多乐器的声音但物理学家也利用谐振器来计算微小质量当额外质量落在谐振器表面时,它会改变谐振器的频率,这为物理学家提供了计算额外质量的方法然而,这种现有的质量传感器由相对致密的材料构成,例如石英当原子通常具有在zeptogram(万亿分之一亿分之一)下的质量落在石英上时,它们太小而不能对其振动频率产生任何印象为了衡量单个原子,物理学家需要一个密度低得多的谐振器加州大学伯克利分校的Kenneth Jensen,Kwanpyo Kim和Alex Zettl发现碳纳米管非常适合这项任务由于纳米管是空心的,因此它们的质量比专门制造的微机械谐振器低四个数量级这使得它们的质量进入了attogram范围(十亿分之一十亿分之一),意味着它们对单个原子的反应 Jensen的团队采用了长约250纳米的多壁碳纳米管,将一端连接到电极上,同时留下另一端,形成一个微小的跳板他们将设备放置在超高真空室中,并向纳米管广播无线电信号,使其产生共振接下来,他们在真空室中添加了一些金原子当原子落在纳米管“跳板”上时,它们的质量改变到足以改变振动频率研究人员计算出这一变化只归因于51个金原子,证明该装置足够敏感,可以在原子尺度上工作进一步的分析表明,纳米管可以响应质量变化小到0.13的zeptograms - 更多的灵敏度足以记录单个金原子但Zettl说,测量质量的确切变化很复杂正如潜水员接近远端时跳板进一步弯曲,因此碳纳米管对额外质量的响应取决于原子沿纳米管长度的位置 “如果所有原子都只落在纳米管的一部分上,那么分析就会简单得多,”Zettl说 “但我们没有强迫这种情况发生”相反,他们使用纳米管对黄金的反应进行统计分析 “知道所有的金原子具有相同的质量,并且假设它们随机地随机到达并随机沿着纳米管着陆,我们可以进行统计分析,”他说 Zettl认为像这样的可用传感器平台是纳米机电系统领域的“令人兴奋的突破” “这种设备不仅仅是一种新奇,”他说期刊参考:Nature Nanotechnology(DOI: