اخیراً محققانی از دانشگاههای کورنل و پنسیلوانیا، روش جدیدی برای تعیین توزیع ولتاژ موضعی در یک نانوساختار ابداع کردهاند. آنها در این روش، دقت فضایی و حساسیت نیروی یک AFM را با بارگیری تکالکترونی یک نانوذره طلا ادغام کردند. محققان مذکور ساخت، کالیبراسیون و عملکرد نانوالکتروسنجهای ابداعی خود را در نانولوله کربنی حلقهشکلی به نمایش کشیدهاند. این کشف به محققان امکان میدهد تا بر چالشِ ساخت یک گاف نانویی برای پلزنی یک رسانای مولکولی، فائق آیند.
الکتروسنجهایی برای فناورینانو
اخیراً محققانی از دانشگاههای کورنل و پنسیلوانیا، روش جدیدی برای تعیین توزیع ولتاژ موضعی در یک نانوساختار ابداع کردهاند. آنها در این روش، دقت فضایی و حساسیت نیروی یک AFM را با بارگیری تکالکترونی یک نانوذره طلا ادغام کردند. محققان مذکور ساخت، کالیبراسیون و عملکرد نانوالکتروسنجهای ابداعی خود را در نانولوله کربنی حلقهشکلی به نمایش کشیدهاند. این کشف به محققان امکان میدهد تا بر چالشِ ساخت یک گاف نانویی برای پلزنی یک رسانای مولکولی، فائق آیند.
الکتروسنج ابزاری است که بهوسیله نیروی الکتروستاتیک، بار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی را اندازهگیری میکند. الکتروسنجهای مدرن کنونی از فناوری حالت جامد بهره میگیرند و گونههای بسیار حساس آنها قادر به شمارش تکالکترونهایی هستند که از یک مدار عبور میکنند. با کوچکتر شدن ابزارهای الکترونیکی، پرابهای اندازهگیری ولتاژِ مدار نیز باید کوچک شوند. از سوی دیگر، در نانومقیاس نمیتوان از اثرگذاری فرایند اندازهگیری بر روی ابزارِ اندازهگیریشونده(اختلال) چشمپوشی کرد. در گذشته، روشهایی همانند ریزبینی الکترونی روبشی(AFM) برای رفع این مشکلات عرضه شدهاند که بیشتر آنها مبتنی بر روبشِ نمونههای کوچک بوده و هر کدام از آنها موافقان و مخالفانی دارند.
کشف اخیر بهوسیله دکتر جون زو، استادیار گروه فیزیک دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، با همراهی دکتر پاول مکاون از کورنل و دکتر مارکوس برینک از آزمایشگاه کوآنترونیکِ یال(Yale) انجام گرفتهاست.
دکتر زو با اشاره به اینکه در روش آنها، اختلال به میزان کمی وارد میشود، گفت:«نانوالکتروسنج طلایی مذکور، توانمندی الکتروستاتیک موضعی را با حالتهای بار تکالکترونی خود اندازهگیری میکند. امپدانسِ ورودی بزرگ این ابزار(که از طریق یک اتصال مولکولی تولید شده و از طریق ریزبینی نیروی اتلافی اندازهگیری میگردد)، موجب میشود تا اتصال ضعیفی به ابزار ایجاد شود. ما عملکرد نانوالکتروسنج خود را با نقشهبرداری از توانمندی موضعی در یک نانولوله کربنی حلقهشکل به نمایش کشیدیم. میتوان این گونه جدید از الکتروسنجهای نانوذرهای را اصلاح نمود تا از توزیع پتانسیل در نانوساختارهای دیگر، چون نانوسیمها و رساناهای دوبعدی نیز نقشهبرداری کند».
این محققان در ساخت ابزار خود یک نانوذره طلا با قطر متوسط ۱۲ نانومتر را به کمک اتصالدهندههای شیمیایی(مولکولها) به یک ترانزیستور میداناثر نانولولهای افزودند. زو گفت که این نانوذرات بهدلیل اندازه کوچک و اتصال ضعیف به نانولوله، در دمای ۷۷ درجه کلوین رفتار بارگیری تکالکترونی از خود نشان میدهند.
وی در مورد سازوکار ابزار خود گفت:«در این الکتروسنج، به جای استفاده از سیمهای ارتباطی، برای اتصال به ابزار تحت آزمایش(در این مورد یک نانولوله کربنی) از مولکولهای رسانا استفاده میشود.» وی با اشاره به اینکه در این روش، مقاومتِ اتصال مولکولی از طریق اتلاف در پایه AFM دقیقِ مورد استفاده، اندازهگیری میشود افزود:«اتلاف انرژیای که ما اندازهگیری کردهایم، بسیار کوچک و در حدود۱۷-۱۰ وات است و این نشاندهنده حساسیت فوقالعادهی اندازهگیریهاست».
وی با اشاره به اینکه ابزارهای تشخیصی موضعی، اهمیت فزایندهای در درک رفتار نانوساختارهای مصنوعی پیچیده دارند، گفت:«ابزار کنونی ما واقعاً کوچک است؛ اما برای پاسخ به نیازهای رو به رشد علوم و فناورینانو باید تلاشهای بیشتری انجام پذیرد».
نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیدهاست.
