美開發(fā)納米級質(zhì)量傳感器 可給單個原子稱重

據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)報道，美國加州大學(xué)伯克利分校和伯克利實驗室的研究人員通過打造世界首個全功能性的納米管裝置，成功建造了一個可以給金原子稱重的納機電系統(tǒng)（NEMS）。此成果發(fā)表在最新出版的《自然-納米技術(shù)》雜志上。

　加州大學(xué)伯克利分校物理系和伯克利實驗室材料科學(xué)部的物理學(xué)家亞歷克斯·澤特爾負責(zé)此項研究。澤特爾說："在過去的15年左右，納機電系統(tǒng)推動他們制造足夠靈敏且足夠小的裝置，因此他們現(xiàn)在能解決給單個原子或分子稱重的問題。"

　此新式納機電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器由單個碳納米管組成，有雙層壁，具有全部電子特性，且硬度增加了。碳納米管的一端可自由活動，而另一端入則連接在一個電極上，且距離相對的電極相當近。來自電池或太陽能電池上的直流電源與這對電極相連，導(dǎo)致它以某種波動的共振頻率振動。

　當一個原子或分子被存放在此碳納米管上面時，此碳納米管的共振頻率就會因此原子或分子的質(zhì)量而改變，類似于不同體重的跳水運動員會改變跳水板的共振頻率一樣。此研究小組成員肯尼思·延森說："讓碳納米管振動很簡單，難的就是探知其振動的微小變化。我們通過磁場發(fā)射或噴霧讓它產(chǎn)生了振動，并探測到此碳納米管一端的電流變化。"

　利用此納機電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器，澤特爾小組對單個金原子稱了重量，其質(zhì)量為3.25 x 10^25千克。這意味著大約3億億億個金原子才能達到1千克。

　之前也有其它的納機電系統(tǒng)充當質(zhì)量傳感器，但大多數(shù)是由硅制成的，沒有一個能在室溫中具有測量單個原子質(zhì)量的本領(lǐng)。澤特爾小組的碳納米管質(zhì)量傳感器比典型的納機電系統(tǒng)共振器的體積小1千倍，可以測量直徑只有十億分之一米和長度只有千萬分之一米的東西。延森說："碳納米管是這一應(yīng)用的理想材料，它們足夠小的尺寸使它們在室溫下足夠靈敏地感知單個原子的存在。"

　雖然科學(xué)家通過復(fù)雜的技術(shù)――質(zhì)譜儀可以測量單個原子的質(zhì)量，但此新碳納米管納機電系統(tǒng)質(zhì)量傳感器則有一些獨特優(yōu)勢，為新的應(yīng)用開啟了大門，延森解釋說。"不像質(zhì)譜儀，我們的裝置不需對中性原子和分子進行離子化，從而避免損壞樣品，如蛋白質(zhì)。同樣也不像質(zhì)譜儀，我們的碳納米管質(zhì)量傳感器在高質(zhì)量范圍內(nèi)更加靈敏，更適合于測量大的生物分子如DNA。最終，我們的裝置將變得足夠小，可以集成到芯片上。"