فیزیکدانان امریکایی «نانواهرمی» ساختهاند که میتواند میزان جرمهای بسیار کوچک را در هر حالت اندازه بگیرد این در حالی است که ابزارهای گذشتهی اندازهگیری تنها در شرایط بالای خلأ یا دماهای تبریدی کار میکردند. بهگزارش سایت «وب فیزیک» (PhysicsWeb)، نتایج این پژوهش – که توسط «مایکل روکس» (Michael Roukes) و همکارانش در انستیتو فناوریهای کالیفورنیا انجام شده است – میتواند انقلابی در روشهای اندازهگیری اجسام با جرمهای بسیار کوچک محسوب شود. ابزارهای میکروالکترومکانیکی موجود میتوانند جرم اجسام را با میزان حدود 18-10 گرم (آتوگرم) اندازه بگیرند. اما به هر حال، همهی این ابزار نیاز به کنترل بسیار بالای شرایط محیطی – نظیر: دماهای پایین و آهنرباهای مافوق هادی (Superconducting) – دارند. بههمین علت است که نشان دادن حرکت مکانیکی در مقیاسهای کوچک در ماشینهای بسیار کوچک بسیار مشکل است؛ بدین سبب که این ماشینها بهطور معمول از «اهرمهای نوسانگر» (Oscilllating Cantilever) تشکیل شدهاند که از لایهی نازکی از مواد نیمههادی سیلیکونی (ویفر) (Wafer) با طولی در حد چند میکرون و عرض چند صد نانومتر ساخته شدهاند. اساس تفاوت روش گروه پژوهشی مذکور با روشهای گذشته، استفاده از فیلمهایی بهعنوان مواد لایهای حسگر در اهرم بهجای استفاده از نیمههادیهای متداول است. آنان میگویند که روش آنان نسبت به تفکر موجود نسبت به دستگاههای حسگر برتری دارد بهگونهای که تاکنون درک چنین حسگرهایی در حد ابعاد نانو بینتیجه بوده است. «مو. لی.» (Mo Li) یکی از اعضای گروه پژوهشی میگوید: «این تغییر نهتنها فرایند ساخت را ساده میکند بلکه ما را قادر میسازد ابزار کاری فوقالعاده کوچکی در حد ابعاد نانو تولید کنیم». موضوعی که اهمیت آن از این امر کمتر نیست آن است که محققان میتوانند بهطور دقیق حرکت مکانیکی ابزارهای مذکور را - حتی زمانی که ماشینها در فرکانسهای خیلی بالا بین 30 و 300 مگاهرتز حرکت میکنند - نشان دهند. این امر در مورد اهرمهایی که از مواد نیمههادی ساخته شدهاند، غیرممکن است. ویژگی غیرمنتظرهی دیگر این نانواهرمها در مقایسه با میکرواهرمها آن است که اساساً وقتی در فشار اتمسفری قرار میگیرند خاصیت «میرایی ویسکوزیته» (Viscouse Damping) را کاهش میدهند. این بدین خاطر است که ابعاد کوچک سطح مقطعاشان (با عرض 400 و ضخامت 80 نانومتر) با «مسافت آزاد میانگین» (Mean Free Path) مولکولهای هوا در اتمسفر (حدود 65 نانومتر) برابر است و بنابراین میتوانند تحت شرایط محیطی کار کنند. «مایکل روکس» (Michael Roukes) و همکارانش اهرمهایی را بهکار بردند که میتوانند جرم اجسامی با حدود 18-10 گرم (آتوگرم) با دقتی در حدود 100 «زپتوگرم» (9-10 گرم) اندازه بگیرند و این امر رکورد جدید در این شرایط محسوب میشود. «مو. لی.» (Mo Li) میگوید: «چنین نانواهرمهایی دارای طرحهای پایهی (Platform) متنوعی در کاربردهای حسی متنوع هستند». وی چنین ادامه میدهد: «پروژهی در حال اجرای دیگری در گروه تحقیقاتی ما قبلاً نشان داده است که این ابزار بسیار حساس هستند بهعنوان مثال حسگرهای گازهای شیمیایی در اعلام خطر نسبت به سلاحهای (مرگبار) شیمیایی استفاده میشوند». «مو. لی.» (Mo Li) میافزاید: «اگر بخواهیم از قابلیتهای دیگر کاربرد این تحقیق نام ببریم میتوانیم به موارد ذیل اشاره کنیم: - بینیهای الکترومکانیکی برای تجزیه و تحلیل تنفس
- حسگرهای بستههای فشاری (Batch Fabricated Pressure Sensors)
- اجزای سرعتسنجها (Pace Makers) فیزیکدانانی که این تحقیق را با مشارکت یکدیگر انجام میدهند، آرزو میکنند بتوانند آرایهای از صدها اهرم مستقل تشکیل دهند که هر دسته از آن، نمایشدهندهی اجزای شیمیایی ویژهای باشد. اگر بخواهیم معادل الکترومکانیکی برای این ابزار بیابیم میتوانیم نام «بینی سگ» را به آن بنهیم. لازم بهذکر است که گزارش این تحقیقات در مجلهی «نانوفناوری نیچر» (Nature Nanotechnology) منتشر شده است. |