ساخت ترازویی حساس با قابلیت توزین یک پروتون

در تمام طول تاریخ، بشر به‌دنبال وزن کردن چیزهای مختلف بوده است و همیشه تلاش
کرده تا این کار را بهبود داده و به بهترین وجه ممکن انجام دهد. وزن بعضی چیزها
نشان دهنده ارزش آن است اما با ترازوهای فعلی امکان توزین آنها وجود ندارد. اگر
بتوان ترازویی ساخت که نه تنها قادر به توزین اتم باشد بلکه واحدهای سازنده اتم
را نیز وزن کند آنگاه ابزاری بسیار مفید برای تشخیص مقادیر بسیار کم از هر ماده
خواهیم داشت. با چنین ابزاری محققان خواهند توانست تفاوت میان مولکول‌‌های
بسیار شبیه هم را نیز شناسایی کنند.

این تیم تحقیقاتی کار خود را با نانولوله کربنی کوتاه (۱۵۰ نانومتری) آغاز کرد،
این نانولوله در فرکانس زیر ۲ گیگا هرتز نوسان دارد که به‌عنوان نوسانگر
نانومکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اندازه‌گیری در این ابزار به این شکل
است که با قرار گرفتن چیزی روی این نانولوله، فرکانس نوسان آن تغییر کرده که
این تغییر منعکس کننده وزن جسم است.

این گروه تحقیقاتی با کوتاه کردن نانولوله کربنی موفق شدند قدرت تفکیک ترازو را
بهبود دهند. این گروه دریافته است که این ترازو می‌تواند در دماهای پایین نیز
کار کند. در این تست، آنها یک اتم زنون را در خلاء اندازه گیری کردند نتایج
نشان داد که وزن این اتم۱۰^-۲۴ گرم می‌باشد( یک سپتریلینیوم گرم یا یک یکتوگرم)،
پیش از این که فرآیند توزین آغاز شود باید نانولوله گرم شود تا تمام مواد موجود
در سطح آن زدوده شود. پژوهشگران دریافتند که می‌توان با این نانولوله وزن یک
پروتون را (یک و هفدهم یوکتوگرم) اندازه گیری کرد، که یک موفقیت بسیار بزرگ
محسوب می‌شود. بهترین نتیجه‌ای که پیش از این بدست آمده بود مربوط به
اندازه‌گیری جسمی به وزن ۱۰۰ یوکتوگرم بود.

محققان معتقداند که از این ترازو می‌توان در علم سطح، مغناطیس سنجی و طیف سنجی
جرمی استفاده کرد به‌طوری که امکان توزین سلول‌ها، مولکول‌های گاز و زیست
مولکول‌ها فراهم می‌شود. هرچند که ساخت ترازویی چنین حساس یک پیشرفت بزرگ محسوب
می‌شود اما هنوز یک مانع بزرگ وجود دارد، همانند ترازوهای دیگر، تنها درصورتی
که این دستگاه در دسترس همگان قرار گیرد می‌تواند مفید باشد. بنابراین باید روی
ساخت این ترازو با قیمت و کیفیت مناسب کار کرد.

نتایج این کار در قالب مقاله‌ای تحت عنوان A nanomechanical mass sensor with
yoctogram resolution در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده است.