به‌تازگی دانشمندان به داده‌هایی در خصوص اندازه‌گیری نیروی‌های مورد نیاز برای حرکت مولکول‌های منفرد متافولرین ـ که در بین نانولوله‌های کربنی تک‌جداره(SWNTها) محدود شده‌اند ـ دست یافته‌اند. می‌توان مولکول‌های کوچک را درون هسته‌های توخالی SWNTها گیر انداخته و از حرکت آنها در مسیر نانولوله‌ها تصویربرداری کرد. با این حال، تاکنون دانشمندان توانایی کنترل حرکت این مولکول‌ها و اندازه‌گیری نیروهای مورد نیاز برای حرکت آنها را نداشتند.
کنترل حرکت مولکول‌های منفرد درون نانولوله‌های کربنی
به‌تازگی دانشمندان به داده‌هایی در خصوص اندازه‌گیری نیروی‌های مورد نیاز برای
حرکت مولکول‌های منفرد متافولرین ـ که در بین نانولوله‌های کربنی تک‌جداره(SWNTها)
محدود شده‌اند ـ دست یافته‌اند. می‌توان مولکول‌های کوچک را درون هسته‌های توخالی
SWNTها گیر انداخته و از حرکت آنها در مسیر نانولوله‌ها تصویربرداری کرد. با این
حال، تاکنون دانشمندان توانایی کنترل حرکت این مولکول‌ها و اندازه‌گیری نیروهای
مورد نیاز برای حرکت آنها را نداشتند.
هم‌اکنون گروهی از محققان در یک پروژه تحقیقاتی مشترک بین‌المللی ـ که به‌وسیله
رولند ویسندنجر هدایت می‌شود ـ در این مسیر یک گام جلوتر رفته‌اند. این گروه از یک
میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) ـ که در مد حرکتی عمل می‌کرد ـ استفاده کردند و از این
طریق، پاسخ اتم‌های منفرد متالوسن(metallocene) را ـ که درون SWNTها گیر افتاده
بودند ـ بررسی و اندازه‌گیری نمودند.
ماکوتو آشینو، یکی از این محققان، در این‌باره می‌گوید:«برای نخستین بار، حرکت
تقریباً بدون اصطکاک که پیش از این از سوی شواهد آزمایشگاهی و نظری تأیید می‌شد،
مشاهده شده‌است. در تحقیق ما این حرکت به‌صورت «اتم به اتم» از طریق نوک تیز اتمی
AFM آغاز شده و نیروی محرکه حرکت، اندازه‌گیری شده‌است.»
مولکول‌های متافولرین مذکور با استفاده از عملیات‌های حرارتی درون SWNTها قرار داده
شده و ساختارهای ایجادشده بر روی سطوح SiO2، رسوب‌دهی میشوند. رفتار کشسان و
غیرکشسان این مولکول‌ها از طریق اندازه‌گیری نیروهای جاذبه و انرژی اتلافی مورد
مطالعه قرار گرفته‌است.
تاکنون از میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر برای تصویربرداری از مولکول‌های گیرافتاده
در SWNTها استفاده می‌شده‌است. در چنین حالتی برآمدگی‌های نمایان در تصاویر تنها می‌توانند
به فعالیت الکترونیکی نسبت داده شوند که به‌وسیله مولکول‌ها ایجاد میشوند، از سوی
دیگر، طیف‌بینی نیروی پویا می‌تواند ساختارهای اتمی را به‌صورت مستقل از خصوصیات
الکترونیکی آنها آشکارسازی کند.
آشینو افزود:«کنترل وابسته به‌مکانِ تک‌حرکت‌های پویای مولکول‌های درونی درون
نانولوله‌های کربنی می‌تواند برای توسعه‌های بعدی و کنترل دقیق ماشین‌های
نانومولکولی و نانوحامل‌ها، همچنین حسگرهای مولکولی فوق‌حساس سودمند واقع شود.»
وی افزود:«هم‌اکنون ما در حال اندازه‌گیری حرکات پویای مولکول‌های منفرد درون دسته‌ای
از SWNTها هستیم تا به این شکل وابستگی حرکات آنها به قطرهای خارجی لوله را مطالعه
کنیم. گام بعدی، دستیابی به قابلیت اصلاح حرکات مولکولی منفرد درون SWNTها، و حمل
مولکول‌ها در مسیر محور نانولوله است. تعیین این وابستگی برای برداشتن این گام
بسیار مهم است.»
این محققان نتایج کار خود را تحت عنوان “پاسخ مکانیکی مولکول‌های منفرد متافولرین
محدود شده در نانولوله‌های کربنی که به‌طور اتمی اندازه‌گیری شده‌اند” در مجله
Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند.
