محققان شرکت ایبیام در ادامه‌ی دستاوردهای سال‌های اخیر خود در زمینه‌ی ساخت قطعات رایانه‌های مولکولی با همکاری دانشمندان دانشگاه ریجنزبرگ آلمان و دانشگاه آتریخت هلند برای نخستین بار موفق شدند تا با استفاده از میکروسکوپ نیرواتمی نانوتماسی حالات باردار و بدون بار تکاتمها را از یکدیگر متمایز سازند.
گامی دیگر به سوی رایانه‌های مولکولی
محققان شرکت ایبیام در ادامه‌ی دستاوردهای سال‌های اخیر خود در زمینه‌ی ساخت قطعات رایانه‌های مولکولی (قطعات بسیار کوچک و سریع با بازدهی انرٰژی به مراتب بیشتر نسبت به حافظه‌ها و پردازشگرهای کنونی) با همکاری دانشمندان دانشگاه ریجنزبرگ آلمان و دانشگاه آتریخت هلند برای نخستین بار موفق شدند تا با استفاده از میکروسکوپ نیرواتمی نانوتماسی حالات باردار و بدون بار تکاتمها را از یکدیگر متمایز سازند.
این موفقیت دستاورد بسیار مهمی در علم نانومقیاس به شمار آمده، قابلیت‌های جدیدی را در بررسی ابزارها و ساختارهای نانومقیاس در محدوده‌ی اتمی و مولکولی برای محققان فراهم می‌آورد. این یافته‌ها در حوزه‌های مختلفی اعم از مولکولی و الکترونی، کاتالیزور و یا فوتوولتائیک کاربرد خواهد داشت.
برخلاف میکروسکوپ تونلی روبشی STM ـ که میتوان آن را تنها در مواد رسانا به کار برد ـ میکروسکوپAFM مستقل از رسانش بوده و میتوان از آن در بررسی انواع مختلف مواد و از همه مهم‌تر عایق‌ها استفاده کرد، همچنین میکروسکوپ AFM با حساسیتی در حد بار تک‌الکترون، ابزار قدرتمندی برای بررسی انتقال بار در ترکیبات مولکولی است؛ لذا این محققان در بررسی خود این دو میکروسکوپ را ترکیب کرده، موفق شدند در شرایط خلأ و دمای بسیار پایین (۵ کلوین) اختلافات بسیار جزئی بین نیروهای واردشده از سوی اتم‌های باردار و بدون بار را بر نوک میکروسکوپ نیروی اتمی اندازه گرفته، به این ترتیب تک‌اتم‌های باردار طلا و نقره (که روی فیلم نازک و عایق کلرید سدیم قرار داده شده بودند) را مشخص و از آن تصویربرداری نمایند.
در این آزمایش آنها با اعمال پالس‌های ولتاژ از طریق نوک این STM، توانستند یک تک اتم طلا را که روی یک فیلم عایق نازک قرار داشت با یک الکترون اضافی باردار نمایند؛ به‌طوری که این بار منفی تا زمان اعمال پالس، ولتاژی با بایاس مخالف به نوک STM، تغییری نکرده، ثابت باقی بماند و پس از آن با استفاده از نوک میکروسکوپ AFM تفاوت نیروی واردشده از این اتم باردار بر نوک این میکروسکوپ با نیروی حاصل از یک اتم خنثی را اندازه‌گیری نمایند.
به این منظور از نوکی که دارای یک حسگر نیروی qPlus بود، در این میکروسکوپ استفاده کردند. برای ساخت این حسگر این محققان نوک این میکروسکوپ را روی یک شاخه‌ی دیاپازن در حال نوسان قرار داده، شاخه‌ی دیگر آن را ثابت کردند. این دیاپازن ـ که همانند دیاپازن ساعت‌های مچی عمل می‌کند ـ به‌طور مکانیکی تحریک شده و با دامنه‌ی ۰۲/۰ نانومتر (یک دهم قطر اتم) نوسان می‌کند. با نزدیک شدن نوک میکروسکوپ AFM به نمونه‌ی (تا حداقل فاصله‌ی ممکن یعنی۵/۰ نانومتر)، نیرویی که بین نمونه و نوک عمل می‌کند موجب جابه‌جایی فرکانس تشدید این دیاپازن می‌شود. با روبش سطح نمونه به‌وسیله‌ی این نوک و اندازه‌گیری اختلاف ایجادشده در این جابه‌جایی فرکانس، میتوان نگاشت دقیقی از نیروهای واردشده به دست آورد و به این ترتیب حتی تفاوت‌های بسیار جزئی در این نیروها را که ناشی از باردار بودن و یا خنثی بودن اتم‌های طلا یا نقره‌ی مورد آزمایش است، میتوان مشخص کرد.
ایجاد شرایط فوق‌العاده پایدار در این اندازه‌گیری‌ها بسیار ضروری است؛ چرا که به‌عنوان مثال نیروی حاصل از اتم طلای خنثی و اتم طلای باردار تنها ۱۱ پیکونیوتن (معادل نیروی جاذبه‌‌ای که دو انسان بالغ از فاصله‌ی نیم کیلومتری بر یکدیگر وارد می‌کنند) با هم اختلاف دارند.
نتایج این یافته‌ها در کاربردهای با مقیاس اتمی، الکترونیک مولکولی (استفاده از مولکول‌ها به‌عنوان بلوک‌های ساختمانی کاربردی برای نسل آینده‌ی ابزارهای محاسباتی) و نیز ابزارهای تک‌‌الکترونی از اهمیت بسیاری برخوردار است. برای اطلاعات بیشتر به شماره‌ی ۱۲ ژوئن نشریه‌ی ساینس مراجعه نمایید.
