آشکارسازي ابعاد ريز
به چند روش مي‌توانيد ذره يا اتم را آشکارسازي کنيد؟ چه ابزاري براي اين کار لازم داريد؟ نانوآنتن‌ها براي همين کار به درد مي‌خورند! در اين مطلب نانو آنتن‌ها و کاربردهايشان را برايشان بازگو خواهيم کرد.
آنتن‌ها
يک نانوآنتن ابزاري است که امواج الکترومغناطيسي را منتشر، دريافت يا منتقل مي‌کند که در خود اطلاعات حمل مي‌کنند. بيشتر مردم فکر مي‌کنند که وقتي حرف از آنتن زده مي‌شود، بايد آنتن راديويي باشد! امواج راديويي فقط يک نوع از امواج الکترومغناطيس هستند.
مثلاً يک موج صوتي مي‌تواند به سيگنال الکتريکي که از آنتن رله کننده مي‌فرستد، تبديل شود. آنتن موج الکترومغناطيسي ايجاد مي‌کند که اطلاعات صوتي را از طريق جو يا فضا را حمل مي‌کند. (که بايد حداقل مقداري مولکول براي انتقال موجش باشد، مگر اينکه صوت به سيگنال الکترومغناطيس تبديل شود تا از از خلا هم عبور کند). هر آنتن در مکاني متفاوت موج الکترومغناطيسي را دريافت مي‌کند که از يک مدار (راديوي شما) منتقل شده به سيگنال الکتريکي تبديل شده و باز به‌صورت موج صوتي برخواهد گشت.
امواج راديويي براي انتقال بدون سيم (مانند برج‌هاي مخابراتي به موبايل يا اينترنت بدون سيم) مورد استفاده قرار مي‌گيرند. موج راديويي با بار شتابدار درست مي‌شود. اين مار را با جريان مداري هم مي‌توان انجام داد، چراکه در مدار به آنتني که رساناي جريان است، به‌صورت الکتريکي به الکترون‌ها نيرو وارد مي‌کند. و حرکت الکترون‌ها رفت و برگشتي خواهد بود. با اين حرکت رفت و برگشتي، خود را آماده براي انتشار مي‌کنند. اين انتشار هم حالت نوساني دارد، چون موج است و معادلاتش را مي‌دانيم. مثلآً يک سيگنال مي‌تواند اطلاعات را به فرکانس مدول يا سازگار شده حمل کند.
براي انجام اينکار تعداد دفعات نوسان مهم است. اين تعداد نوسان در ثانيه همان فرکانس است که با آن در فيزيک آشنا هستيم و يا هر روز به راحتي از راديو برنامه هاي صوتي را مي‌شنويم. يک راه ديگر براي حمل اطلاعات روي موج مدوله کردن دامنه‌ي موج است. براي اينکار بايد تعداد نوسانات رفت و برگشتي را با داده‌ها سازگار کنيم. اين را دامنه‌ي مدولاسيون مي‌ناميم يا همان AM. همان راديوهاي محلي که همه مي‌شناسيم از اين نوع هستند. مي‌توانيد با شبيه سازي کامپيوتري خودتان يک سيگنال راديويي بسازيد. يکي از مهم‌ترين اقلام مورد نياز يک آنتن، طول آنتن متناسب با طول موج الکترومغناطيسي است که سعي در دريافت يا فرستادن مي‌کنيد.
نانوآنتن‌ها
نانو يعني يک ميلياردُم! يک نانوآنتن، آنتني‌ست بسيار بسيار کوچک، و براي امواج صوتي که براي ارسال موج از يک جا به جاي ديگر استفاده مي‌کنيم، ساخته نشده، بلکه براي درک بهتر رويدادهايي در مقياس اتمي است!
| در تصوير، آنتن طلايي مي‌بينيد که توسط گروه آليويستاتوس در آزمايشگاه لاؤرنس برکلي با همکاري دانشگاه اشتوتگارت در محيط پالاديوم گرفته شده است. |
 |
هدف پژوهش آن‌ها نشان دادن راهي براي اندازه‌گيري اندرکنش‌هايي‌ست که در مقياس اتمي روي داده و به حسگر گازي بسيار حساس هستند، به همين دليل شايد به يک تک ذره هم حساس بوده و آن را آشکارسازي کنند. ويژگي‌هاي اُپتيکي پالاديوم وقتي اتم‌هاي هيدروژن نزديک آن است و قابل شناسايي معلوم مي‌شود. ولي اندازه‌گيري اثر آن بسيار دشوار است. اندازه‌گيري حضور گاز هيدروژن با روش‌هاي معمول‌تري امکان پذير است که خطرناک هم هستند، زيرا هيدروژن انفجاري است.
هيدروژن مي‌تواند در پالاديوم جذب شود. اتم‌هاي هيدروژن خودشان را بين اتم‌هاي پالاديوم به راحتي جا مي‌کنند. وقتي اتم‌هاي هيدروژن بين اتم‌هاي پالاديوم مي‌نشينند، ما به اين ترکيب هيدريد پالاديوم مي‌گوييم. اتم‌هاي هيدروژن به راحتي پالاديوم را ترک مي‌کنند. هر زمان که هيدروژن وارد يا خارج از ساختار پالاديوم مي‌شود، تغييري در چگونگي اندرکنش نانوذرات پالاديوم با امواج الکترومغناطيس اتفاق مي‌افتد.
 |
پژوهشگران چگونگي پراکندگي نانوذرات پالاديوم در زمان ورود موج الکترومغناطيس در منطقه‌ي نور مرئي را مشخص کردند. هر زمان که اتم‌هاي هيدروژن جذب يا آزاد شدند، نور به گونه‌اي متفاوت منتشر شد. با اين حال اندازه‌گيري‌ها در تصويري که اينجا مي‌بينيد، چندان واضح نبود. پژوهشگران سعي کردند که براي بهتر کردن اندازه‌گيري، سيگنال را تقويت کنند.
يک آنتن طلا، دقيقاً در ابعادي که با موج الکترومغناطيس تشديد ايجاد کند، همان چيزي بود که آن‌ها مي‌خواستند.
|
نوک تيز آنتن قوياً با موج الکترومغناطيسي که نوسان الکترون درون آنتن طلا و به سمت پايين آنتن، منتشر مي‌کرد، تأثير مي‌گرفت. سيگنال آشکارسازي شده، مانند نمودار و شکل دوم واضح شد؛ و اين براي گوش پژوهشگر نواي موسيقي است!
منبع: