پینبال نانویی در کافه اتمی

دانشمندانی از هلند روشی ابداع کرده‌اند که به‌وسیله آن می‌توان ابزار مکانیکی اتم‌مقیاسی را(که شامل دو بخش است و هر بخش تنها از دو اتم تشکیل یافته‌است) از طریق یک سیگنال الکتریکی خارجی کنترل کرد. با این روش، ابزار مذکور پایدار مانده، می‌توانند وظایف مختلفی را اجرا کند. در نمایی ساده، این روش شبیه به بازی پینبال است و دو بخشِ ابزار همانند کفه‌های بازی پینبال عمل می‌کنند.

دانشمندانی از هلند روشی ابداع کرده‌اند که به‌وسیله آن می‌توان ابزار مکانیکی
اتم‌مقیاسی را(که شامل دو بخش است و هر بخش تنها از دو اتم تشکیل یافته‌است) از
طریق یک سیگنال الکتریکی خارجی کنترل کرد. با این روش، ابزار مذکور پایدار
مانده، می‌توانند وظایف مختلفی را اجرا کند. در نمایی ساده، این روش شبیه به
بازی پینبال است و دو بخشِ ابزار همانند کفه‌های بازی پینبال عمل می‌کنند.

اجزای مختلف نانوماشین‌ها، ساختارهای اتمی یا مولکولی‌ای هستند که برای انجام
وظیفه خاصی طراحی شده‌اند و وقتی در یک مجموعه قرار می‌گیرند، یک عملکرد پیچیده
را اجرا می‌کنند. این ماشین‌ها با کوچک‌ترسازی مقیاس فرایندهای ساخت ماشین‌های
بزرگ‌مقیاس، قابل ساخت نیستند؛ به‌عنوان مثال در تراشه‌های رایانه‌ای؛ اثرات
همدوسی و اندازه کوانتومی، میدان‌های الکتریکی قوی که به از کار افتادگی شدید
دی‌الکتریک می‌انجامند، مشکلات اتلاف حرارت در ساختارهای بسیار فشرده و نزدیک
‌به ‌هم و عیب‌های تک‌اتمی مانع از کوچک‌ترسازی مقیاس فرایندهای کنونی ساخت
تراشه‌ها می‌گردند.

این روش را دکتر هارولد زندلیتپروفسوری در دانشگاه توین هلند و گروهش ابداع
کرده‌اند. وی درباره این کشف گفت:«ما حرکت تحریک‌شده و کنترل‌شده یک ابزار
مکانیکی اتم‌مقیاس را به نمایش کشیده‌ایم.» وی با اشاره به اینکه ابزار مذکور،
قابلیت حرکت در چند مد دینامیکی را دارد، افزود:«کشف ما پیشرفتی مهم در زمینه
مهندسی اتم‌مقیاس است؛ زیرا این کشف نشان داد که حتی در ابعاد چنداتمی نیز
می‌توان ابزاری ساخت که تنها با یک تحریک خارجی حرکت کند.» وی با اشاره به
تصادفی‌ بودن این کشف گفت:«هدف اولیه ما مطالعه خصوصیات فیزیکی زنجیره‌های اتمی
دوبخشی خود مرتب‌شونده بود».

اجزای سازنده بنیادی ساختار مورد بررسی، یک جفت از اتم‌های پلاتین(که یک دیمر
نامیده می‌شوند) هستند و بر روی یک سطح ژرمانیومی قرار گرفته‌اند. زندلیت توضیح
داد که برخلاف یک تک‌اتم، یک دیمر قادر است تا یک مد دورانی نیز داشته باشد؛
بنابراین به کمک آن می‌توان به آرایش‌های(غالباً هم‌انرژی) بیشتری دست پیدا
کرد. این گروه پس از آزمایش‌های دقیق دریافتند که یکی از اتم‌های این جفت
همانند یک محور عمل کرده و دیگری(همانند یک کفه پینبال) به جلو و عقب می‌رود.
آنها دریافتند که این اتفاق تنها زمانی رخ می‌دهد که این جفت، تحت تابش
الکترون‌های یک STM قرار می‌گیرد و اینکه افزایش توان جریان، فرکانس بالاپایین
‌شدن اتم را افزایش می‌دهد.

زندلیت گفت:« از بین یک میلیارد الکترون که بین نوک STM و ماشین پینبال ما
تونل‌زنی می‌کنند، تنها یک الکترون، موجب حرکت دیمر می‌شود. تحلیل ما نشان
می‌دهد که این فرایند تک‌الکترونی کاملاً اتفاقی است.» این دانشمندان در توضیح
این پدیده می‌گویند که احتمالاً اتم زیرلایه‌ای موجود در زیر دو اتمِ چرخنده،
با یک اتم متفاوت جایگزین می‌شود و به تبع آن، پیوند بین دیمرها با زیرلایه
تضعیف شده و دیمرها با یک جابه‌جایی یک‌طرفه، به اتم‌های مجاور در زیرلایه متصل
می‌شوند؛ البته استفاده از STM، یک راه پیچیده برای اعمال سیگنال خارجی است و
در صورت اعمال ولتاژ به اتصالات خارجی و کنترل فرکانسِ بالاپایین ‌شدن به‌وسیله
آن، روش مذکور ساده‌تر خواهد گردید.

نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده‌است.