Графен позволит взвешивать даже одну единственную молекулу
 Монослой графена (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Можно только дивиться множеству самых разнообразных применений, существующих для мономолекулярного слоя молекул углерода с гексагональной кристаллической структурой – графена. Помимо необычных электронных свойств и высокой теплопроводности, такие листы обладают еще и небывалой механической жесткостью. Это означает, что всего лишь один слой углерода может использоваться в качестве мембраны в неком наномеханическом устройстве. Благодаря низкой плотности вещества в слое толщиной всего лишь в 1 молекулу, устройство, содержащее такую мембрану, будет чрезвычайно чувствительно к добавлению любой, пускай даже очень малой, массы.
С точки зрения создания датчиков массы, свойства графена во многом похожи на физические свойства нанотрубок (более того, массовые датчики из нанотрубок были созданы даже раньше), но листы графена двумерны, соответственно позволяют «вырезать» мембрану любой формы, которая только может потребоваться. Такая свобода дает ученым больший контроль над свойствами итогового резонатора. Кроме того, графен относительно прост в производстве, что в итоге отражается на стоимости любого устройства, созданного на его основе. Ранее уже предпринимались неоднократные попытки создать резонаторы из графена именно с целью оценки массы, но до сих пор практическая реализация не позволяла добиться нужной точности измерений, поэтому предпочтение отдавалось в пользу других веществ и техник.
Исследовательская группа из США предложила свою собственную, простую и устойчивую конструкцию. Устройства, созданные в Columbia University, работают на частотах около 65 МГц. При этом рабочая частота в значительной степени зависит от геометрии итогового устройства. Так же она может быть скорректирована за счет приложения некого постоянного внешнего электрического поля, которое создает механические напряжения в листе графена. Когда нанообъект помещается на устройство, оно, очевидным образом, меняет свою рабочую частоту. Электроды позволяют зафиксировать эти изменения и измерить массу добавленного объекта, даже если это была одна единственная молекула.
Расчеты показывают, что созданные таким образом «весы» позволяют измерять массы около 1*10-21 грамма (для сравнения - это масса двух атомов золота при низких температурах). Однако, фиксация результатов не так проста, как может показаться на первый взгляд, ведь неточное позиционирование нанообъекта на листе графена меняет возникающие в нем механические напряжения и существенно отражается на результате. Следует отметить так же, что на результате могут сказаться возможные дефекты листа графена.
Исследовательская группа продолжает развитие своих устройств, рассматривая другие конфигурации резонаторов и подбирая наиболее удобную для производства и стабильную в работе форму.
Также по теме:
Источники: