Нанорезонаторы «чувствуют» молекулы газа
 Адсорбаты дифундируют вдоль одномерного устройства. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Непосредственное наблюдение отдельных атомов, адсорбированных на металлической поверхности, - не простая задача. Однако в последние годы исследователи разработали так называемые ультра-чувствительные резонансные наноэлектромеханические системы (ultrasensitive resonant nanoelectromechanical systems, NEMS), которые позволяют им фиксировать существование нескольких или даже одного единственного адсорбированного атома благородного газа на некой поверхности. Эти техники применимы в самых различных областях науки; в частности, они могут использоваться, чтобы исследовать то, как влияют адсорбаты на поверхности малой (даже нанометровой) площади.
В своей новой работе ученые из California Institute of Technology (США) задействовали NEMS-резонатор, сформированный из 100-нанометровой пленки карбида кремния, вибрирующий на частоте 190 МГц. Резонатор был создан для изучения того, как атомы ксенона ведут себя на поверхности устройства. Когда атомы ксенона адсорбируются поверхностью резонатора, изменяется частота колебаний устройства; на основе этих изменений может вычисляться масса адсорбированных молекул. Поэтому поведение газа исследовалось путем измерений флуктуаций частоты резонатора в режиме реального времени. Подробно результаты работы американских ученых приведены в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.
Измерения флуктуаций массы на основе измерений вариаций частоты (также известных, как статистический шум) показали, что атомы ксенона диффундируют вдоль одномерного резонатора. Наблюдения показали существование шума в частоте, тщательный анализ которого из двух возможных шумовых процессов, связанных с адсорбцией / диссорбцией на поверхности и диффузией, идентифицировал преимущество именно диффузии.
Наиболее интересный результат эксперимента заключается в том, что шум, связанный с поверхностной диффузией в низкоразмерных системах, продемонстрировал существование новых законов частотного спектра шума, никогда ранее не наблюдавшихся для классических осцилляторов. Теперь же устройства класса NEMS достаточно чувствительны, чтобы демонстрировать явления, связанные с этими законами, недоступные резонаторам более крупных размеров.
Понимание того, как адсорбированные атомы и молекулы ведут себя на поверхности устройств, имеющих размеры порядка нескольких нанометров, необходимо как для фундаментальных исследований, так и для технических приложений. К примеру, эти знания помогут ученым или инженерам использовать адсорбированные молекулы для «программирования» физических свойств поверхности. Ученые надеются осуществить это путем контроля диффузии отдельных атомов и молекул на поверхности структур, где это возможно (структур, позволяющих задавать определенные пути диффузии). Кроме того, уже запланированы исследования аналогичных явлений в более миниатюрных системах.
Также по теме:
- Единичные молекулы позволяют наблюдать электромагнитные поля
- Пленки из нанотрубок помогут точнее детектировать органические молекулы
Источники: