نوسانگرهای نانومکانیکی – نوارهای بسیار کوچک از سیلیکون ارتعاش‌کننده با ضخامت چند صد اتم – یکی ازموضوعاتی هستند که بسیار مورد مطالعه پژوهشگران فناوری نانو قرار گرفته‌اند و امید می‌رود روزی جایگزین بلورهای حجیم و بزرگ کوارتز در مدارهای الکترونیکی شده یا برای ثبت و تشخیص باکتریها و ویروسها بکار روند.
روشی جدید برای ثبت ارتعاشات در مقیاس نانو
نوسانگرهای نانومکانیکی – نوارهای بسیار کوچک از سیلیکون ارتعاش‌کننده با
ضخامت چند صد اتم – یکی ازموضوعاتی هستند که بسیار مورد مطالعه پژوهشگران
فناوری نانو قرار گرفته‌اند و امید می‌رود روزی جایگزین بلورهای حجیم و
بزرگ کوارتز در مدارهای الکترونیکی شده یا برای ثبت و تشخیص باکتریها و
ویروسها بکار روند. با توجه به مطالب فوق می توان فهمید که اندازه گیری
ارتعاشاتشان آسان نیست. اندازه‌گیری این ارتعاشات یا توسط پرتوهای لیزر قوی
انجام می‌گیرد که در صورت کوچک‌تر شدن نانوابزارها از طول موج پرتوی لیزر
عمل نخواهند کرد، یا توسط تجهیزات پیزوالکتریک که دارای بلورهای کوارتز
حجیمی هستند.
در حال حاضر پژوهشگران دانشگاه Cornell با یک راه حل خیلی ساده، در حال
پیشبرد این موضوع هستند. ارتعاش نوسانگرهای بسیار کوچک می‌تواند بوسیله
اعمال ضربات آهسته با یک میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) اندازه‌گیری شود. در هر
AFM یک پروب بسیار کوچک بکار رفته که به آهستگی بر روی سطح حرکت می‌کند.
دافعه یا جاذبه الکتروستاتیکی بین اتمهای موجود در سطح و نوک پروب سبب می‌شود
پروب به سمت بالا یا پائین حرکت کند و موجب ایجاد تصویری با جزئیات دقیق از
سطح شده که در آن سطوح اتمهای منفرد بصورت ناهموار نشان داده می‌شوند.
Rob Ilic یکی از محققان دانشگاه Cornell و نویسنده اصلی مقاله به چاپ رسیده
در Journal of Applied Physics می‌گوید: پروبهای مورد استفاده می‌توانند
مستقیماً از ابزارهایی از نانومواد ساخته شوند. این امر اجازه می‌دهد تا
سیستمهای میکروالکترومکانیکی (MEMS) را برای اندازه‌گیری سیستمهای
نانوالکترومکانیکی(NEMS) بکار ببریم. سیستم های نانوالکترومکانیکی ماشین‌هایی
با بخش‌های متحرک در مقیاس نانومتر هستند. هنگامی که نوسانگر سیستمهای
نانوالکترومکانیکی برای مشاهده با نور لیزر خیلی کوچک باشند، می‌توان آنرا
با یک پروب سیستم میکروالکترومکانیکی کوپل کرد که به اندازه کافی بزرگ بوده
و می‌تواند با لیزر بازخوانی شود.
برای اندازه گیری ارتعاش یک نوسانگرنانومکانیکی، پروب AFM در راستای طول
میله ارتعاش‌کننده حرکت می‌کند. در نتیجه، برهمکنش نوسانی پیچیده‌ای بین
پروب و نوسانگر روی می‌دهد(همانند لرزش انتهای یک فنر و ایجاد ارتعاش در
انتهای دیگر آن) که فرکانس ارتعاش نوسانگر را می توان با محاسبات ریاضی
تعیین کرد. برای آزمایشاتی که تاکنون گزارش شده‌اند، Ilic و همکارانش دامنه
وسیعی از پایه‌های سیلیکونی با طول ۵ تا ۱۵ میکرون، عرض ۵/۰ تا ۱ میکرون و
ضخامت حدود ۲۵ نانومتر ساختند که فرکانس های ارتعاش طبیعی از ۱ تا ۱۵
مگاهرتز داشتند.
این محققان در ابتدا فرکانس‌های تشدید پایه‌ها را توسط متمرکز کردن پرتوهای
لیزر بر روی آنها و مشاهده انحراف نور منعکس شده اندازه‌گیری کردند. سپس هر
پایه را با پروب AFM ، هم به روش tapping و هم با پروبی که فقط بر روی سطح
حرکت می‌کند، اسکن کردند و مشاهده کردند که اندازه‌گیری‌هایی که با AFM
صورت گرفته بود با اندازه‌گیری‌هایی که با لیزر انجام شده‌اند، همخوانی
زیادی دارند.
نوسانگرهای نانومکانیکی اغلب بعنوان ابزارهای با اهمیتی برای تشخیص
باکتریها، ویروسها و سایر مولکول‌های آلی نیز به حساب می‌آیند. می‌توان
آرایه‌ای از پایه‌های بسیار کوچک با آنتی بادیها برای اتصال به بسیاری از
عوامل بیماری‌زا ایجاد کرد. سپس یک محلول آزمایشی را روی آرایه شستشو داده
و اجازه می‌دهند میکروبها به پایه‌هایی با آنتی بادیهای متناسب متصل شوند.
از آنجاکه پایه‌ها بسیار کوچک هستند یک باکتری یا ویروس مهاجم می‌تواند
تغییر چشمگیری در جرم آن ایجاد کند و فرکانسی را که نوسانگر با آن ارتعاش
می‌کند تغییر دهد. در عمل، پروب سیستم میکروالکترومکانیکی می‌تواند بر روی
هر نوسانگر نانوالکترومکانیکی قرار گرفته و نشان دهد که فرکانس کدام یک از
نوسانگرهای آرایه تغییر می‌کند و از این طریق وجود عوامل بیماری‌زا را مشخص
نماید.
