Самый маленький в мире наномеханический резонатор
 Первая и вторая колебательные моды созданного учеными резонатора. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Наномеханические резонаторы – это очень маленькие конструкции, осциллирующие на очень высоких частотах. Это означает, что в перспективе они могут использоваться в радиокоммуникациях или инструментах для усиления слабых сигналов. Также они могут быть полезны для обнаружения и взвешивания небольших объектов, к примеру, молекул ДНК или вирусов. Когда такая маленькая частица попадает на резонатор, он изменяет резонансную частоту вибрации, и это изменение может использоваться для расчета массы частицы.
Группе ученых из Johannes Kepler University (Австрия) удалось создать самый миниатюрный из известных на сегодняшний день резонаторов, который содержит всего лишь от 7 до 12 молекул BDPA (α,γ-bisdiphenylene-β-phenylallyl). Ранее, в предыдущей работе, та же группа исследователей показала, что данные молекулы, оседая на кристаллографической поверхности золота, формируют треугольные кластеры. Некоторые из этих кластеров затем могут выступать в качестве центров кристаллизации, позволяя цепочке молекул расти в одном направлении. Это дает возможность создать маленькие резонирующие структуры, в которых отдельные молекулы отделены друг от друга расстоянием примерно в 0,7 нм.
Теперь та же самая научная группа отчиталась об успешной визуализации описанных молекулярных структур с помощью перемещения зонда сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) вдоль конструкции и измерения электрического тока между зондом и золотой поверхность. Исследователи обнаружили, что при температуре 5 градусов по Кельвину цепочка выглядит, как тонкая линия из молекул. Однако при повышении температуры до 20 Кельвинов и более, цепочка выглядит все шире; причем, ее ширина увеличивается при перемещении острия от закрепленного конца цепочки к свободному.
Сделанные учеными наблюдения показывают, что молекулярная цепочка вибрирует. При этом отдельные молекулы удерживаются в цепочке за счет простых сил притяжения. В теории, как считают ученые, в этих условиях не должны проявляться резонансные явления (если резонаторы, конечно, не состоят из углеродных нанорубок, нанопроволоки или графеновых листов), поскольку, как правило, структура держится за счет сильных химических связей. Однако обнаруженное явление в перспективе будет очень полезно для фундаментальных физических исследований.
В рамках своей работы команда придумала способ измерения частоты вибрации созданной структуры с помощью СТМ (модифицированного для обнаружения туннельных токов в радиочастотном диапазоне). Исследователи выяснили, что цепочка из 5 молекул резонирует на частоте 98 МГц и, как и в случае со струнами музыкальных инструментов, эта частота уменьшается с увеличением длины цепи. К примеру, цепочка из четырех молекул резонирует на частоте 127 МГц, а конструкция из 7 молекул – на частоте 51 МГц.
Как считают исследователи, их работа показывает, что радиочастотная сканирующая туннельная микроскопия – это дополнительный экспериментальный инструмент для характеристики динамических процессов в масштабах отдельных молекул. В ближайшем будущем они надеются изучить механизмы, лежащие в основе колебаний цепочки, а также адаптировать модифицированную в ходе работы СТМ установку для изучения одиночных молекул с помощью магнитно-резонансной спектроскопии.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Ученые создали высокочастотный наномеханический резонатор из молибденита
- Наностержень с лопастью позволяет собрать новый температурный датчик
- Наноантенна преобразует свет в заряд
- Нанорезонаторы «чувствуют» молекулы газа
- Как графен превращает свет в электричество
Источники: