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碳纳米管“串”可以识别单个分子

点击量:   时间:2017-10-06 01:02:10

罗伯特·阿德勒(Robert Adler)Nanoscale“吉他弦”每秒振动超过十亿次,可以检测和识别单个分子该设备甚至可以让研究人员研究分子的量子行为,甚至可能研究病毒美国加利福尼亚大学伯克利分校的凝聚态物理学家Alex Zettl领导的一个小组利用电子束光刻和反应离子蚀刻技术创建了一个300纳米的沟槽,两侧各有电极,底部有可充电板然后研究人员诱使碳纳米管在间隙中生长在高频信号的驱动下,微小的桥接器以每秒13亿个周期或1.3千兆赫的频率共振 “其他团体制造的谐振器非常小,已经进入千兆赫兹体系,但只能在非常低的温度和压力下,”Zettl说 “因此,在室温和大气压下获得这些非常高的频率是一个真正的突破”Zettl将其成功归功于碳纳米管的使用,碳纳米管具有低质量,超高刚度和少量缺陷,使其成为理想的高 - 频率振荡器 “没有其他已知材料具有相同的良好性能组合,”他说该技术起作用,因为一定质量的弦应该以特定的共振频率振动改变质量和频率变化,就像重型吉他弦的振动频率低于较轻的吉他弦一样通过将信号添加到已知的测试频率可以发现频率的变化此外,该团队以一种新颖的方式测量了纳米管的振荡它们不是将来自纳米管振动的信号混合成以相似频率交替的测试电流,而是使用两倍于谐振频率的信号结果是更加锐利的测量 “它就像一个加强的无线电系统,”Zettl说 “当你完成数学运算时,你会获得非常非常高的灵敏度”正是这种高灵敏度让他们能够检测出放在弦上的测试质量如何使其振动更慢该设备可以检测到仅10-18克的质量 “这是你可以测量分子的地方,”Zettl说 “生物分子,威胁分子 - 机场安检人员感兴趣的东西 - 在这个范围内有大量的物质我们想把它推到你可以测量单个原子的地方,但在日常生活中最有趣的事情就是分子“伯克利集团的下一个目标是为碳纳米管开发涂层,选择性地结合目标分子,如炸药,以便他们实际上可以开始发现分子 “原则上,如果你有选择地坚持下去,你可以灵敏度和特异性进行检测,”Zettl解释道他希望在一年内在实验室中证明这一点 Zettle还指出,高频和高灵敏度的结合正是物理学家达到探测量子效应这一难以实现的目标所需要的例如,量子系统的能量不会平滑地改变,而是在量子跳跃中 Zettle认为可以通过设备看到这些跳跃 “我们并没有声称我们已经抓住了这一点,”Zettl说,“但我们相信这样的设备可用于在这个非常有趣的政权中探索物理学”加州理工学院物理学家Michael Roukes--纳米级机电的先驱之一系统 - 赞扬研究人员推动使用碳纳米管作为振荡器,以及在大气压力下实现高频率然而,他提醒说,从实验室原理验证转向实际应用并非易事 “对于研究界而言,将碳纳米管电路元件从新型纳米器件领域转变为有用的技术构建模块仍然存在非常重大的挑战”期刊参考文献: