اندازه‌گیری نیرو لازم برای حرکت اتم‌های منفرد

دانشمندان IBM با همکاری دانشگاه رجنزبرگ در آلمان، برای اولین بار
توانستند نیروی لازم برای حرکت دادن اتم‌های منفرد روی یک سطح را
اندازه‌گیری کنند. این اندازه‌گیری بنیادی اطلاعات مهمی برای طراحی
افزاره‌های مقیاس اتمی آینده از قبیل تراشه‌های رایانه‌ای، افزاره‌های
ذخیره مینیاتوری‌شده و… تهیه می‌کند.

مارکوس ترنس و همکارانش از مرکز تحقیقاتی آلمادن در کالیفرنیا و دانشگاه
رجنزبرگ در آلمان، برای انجام این کار انقلابی، از یک میکروسکوپ نیروی
اتمی(AFM) ویژه مجهز به یک حسگر qPlus استفاده کردند. یک AFM با یک
لرزانک نوسان‌کننده ریز که نوک تیزی دارد، یک سطح را پیمایش می‌کند.
هنگامی که نوک ریز لرزانک به سطح بسیار نزدیک می‌شود، به‌وسیله نیروی
سطح دفع و منحرف می‌شود. در اثر این انحراف، فرکانس نوسان لرزانک تغییر
می‌کند که می‌توان آن را اندازه‌گیری کرد.
بزرگی نوسان این لرزانک در مقیاس ده‌ها نانومتر است که به‌خوبی اتم‌ها
را دستکاری می‌کند، نوک این لرزانک در مقایسه با اندازه اتم به‌شدت
بالا و پایین می‌جهد؛ این در حالی است که حسگر qPlus جدید، از یک
لرزانک خیلی صلب‌تر استفاده می‌کند که بزرگی نوسان آن در مقیاس پیکومتر
است؛ این بدین معنی است که در تماس ثابت با سطح باقی می‌ماند و می‌تواند
نیروهای لازم برای حرکت اتم‌های منفرد را با دقت بی‌نظیری اندازه‌گیری
کند.
این گروه تحقیقاتی یک اتم منفرد کبالت را روی یک سطح پلاتینی قرار داد
و سطح را با نوک این میکروسکوپ نیروی اتمی جارو کرد، این نوک تدریجاً و
به‌آهستگی به اتم کبالتِ روی سطح، نزدیک و نزدیک‌تر شد تا برای تلنگر
زدن به آن و انداختن آن از یک حفره روی سطح به حفره دیگر، به‌اندازه
کافی به آن نزدیک شد. طبق اندازه‌گیری‌های این محققان نیروی مورد نیاز
برای انجام این کار، ۲۱۰ پیکونیوتن بود.
ترنس گفت:«ما پس از آن، این آزمایش را با استفاده از کبالت روی یک سطح
مسی تکرار کردیم و همان طور که انتظار داشتیم، پی بردیم که در این حالت
حرکت دادن اتم کبالت تا حدود ده برابر آسان‌تر است. این روش می‌تواند
در فناوری‌نانو مفید باشد؛ چون در فناوری‌نانو دانستن چگونگی پایداری
یک اتم روی یک سطح قبل از ساختن ساختارها روی آن مهم است. ورنِز هوفر،
یک دانشمند علم سطوح در دانشگاه لیورپول انگلستان، گفت:«اکنون ما
می‌توانیم به فکر کنترل کامل واکنش شیمیایی و تماشای آنچه هنگام واکنش
دو مولکول اتفاق می‌افتد، باشیم.»
این محققان نتایج کار خود را در مجله Science منتشر کرده‌اند.