Техника - молодёжи 2011-06, страница 10
Чувствительность - один электрон...Учёные из Института нанотехнологий Кавли в Делфт-ском техническом университете (Нидерланды) под руководством профессоров Лео Ковенховена и Герре ван дер Занта измерили воздействие единичного электрона на вибрирующую углеродную нанотрубку. Суть исследования состояла в наблюдении за колебаниями углеродной нанотрубки (УНТ), натянутой и закреплённой с двух концов, подобно гитарной струне. Установив рядом антенну, трубку облучали переменным электрическим полем. «Наноструна» вибрировала с определённой частотой. Опыт проводился при очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю. Частота собственных колебаний УНТ в опытах голландских нанотехнологов составила величину около 140 МГц. Но главное, что удалось выяснить,- она зависит от количества электронов в нанотрубке; это количество учёные могли точно контролировать. Использовав ультрачистые Длина УНТ на этом снимке с электронного микроскопа - 800 нм нанотрубки, учёные смогли «поймать» даже единичный электрон. Полученные результаты открывают ши- I рокое поле для исследований в области наноэлектромеханических систем -НЭМС. Кроме теоретического значения, они могут быть использованы для создания целого класса измерительных приборов и датчиков; полагают, что, благодаря высокой частоте колебаний чувствительного элемента, они могут быть применены даже при исследованиях некоторых квантовых эффектов. ...или хотя бы пара атомовСхематическое изображение устройства Голландские учёные работают с натянутой нанотрубкой; а их коллеги из Колумбийского университета (США) -группа под руквовдством Джеймса Хоуна - проводят похожие эксперименты с графеном. И, хотя чувствительность УНТ-датчика может быть выше, графеновый чувствительный элемент имеет некоторые преимущества, значимые для практического применения. Принцип действия графенового резонатора, позволяющий использовать его в качестве датчика массы, такой же, как в конструкции с УНТ - резонансная частота колебаний подвешенной графеновой мембраны, собственная масса которой чрезвычайно мала, изменяется при попадании на неё частиц какого-либо вещества. Изготавливаются резонаторы следующим образом. Гра-феновую полоску располагают на подложке из кремния и диоксида кремния. На её концы накладывают золотые электроды, после чего в слое диоксида кремния вытравливают микроканал глубиной около 100 нм. На такую же глубину вытравливают площадку под той частью электродов, которая контактирует с графеном. Преимуществом же графена является то обстоятельство, что форму двумерного «листа» можно изменять произвольно, а это даёт возможность чётко контролировать характеристики резонаторов. Кроме того, устройством можно управлять, сдвигая резонансную частоту без изменения геометрических характеристик мембраны - путём приложения управляющего напряжения V. Для возбуждения колебаний на управляющий потенциал накладывается переменное радиочастотное напряжение 5Vg. В экспериментах установлено, что резонансная частота колебаний однослойной графеновой мембраны при Vg = -7 В составляет приблизительно 65 МГц. При низких температурах устройство «чувствует» изменение массы графенового слоя приблизительно на 1 зепто-грамм (1021 г), что соответствует двум атомам золота. Экспериментируя с различными формами мембран и со вершенствуя механизм снятия показаний, исследователи рассчитывают получить ещё более высокие значения чувствительности устройства. Несколько резонаторов, полученных из одного образца однослойного графена, и резонатор на основе графеновой (слева) наноленты шириной 200 нм Изображение подвешенного графена, полученное с помощью атомно-силового микроскопа Характеристики устройства с однослойной графеновой мембраной шириной Зим и длиной 1,1 мкм, при V =-7 В и 5V =19 мВ. ОтчетлиЬо видён пик на 65 МГц (I) -он соответствует резонансу мембраны. Небольшие пики в области ниже 25 МГц (II) обусловлены электродами. Справа показан сдвиг резонансной частоты колебаний мембраны при изменении 5V: 5г - расчётная амплитуда колебаний 25 50 75 Частота (МГц) 64 66 Частота (МГц) Источники: www.nanonewsnet.ru,compulenta.ru, computerra.ru, собств. инф. |
