Sila potrebná na pohyb atómov po povrchu
Vedci z IBM v spolupráci s univerzitou v Regensburgu v Nemecku dokázali zmerať sily potrebné na uvedenie jednotlivých atómov do pohybu na povrchu. Takéto meranie poskytuje dôležité informácie pre návrh budúcich zariadení s rozmermi na úrovni atómu, akými sú napríklad počítačové čipy, miniaturizované storage zariadenia a iné.
Porozumieť silám, ktoré umožňujú pohyb atómov na špecifických povrchoch, je jedným z kľúčov k návrhu a konštrukcii malých štruktúr, ktoré dovolia využívať v budúcnosti nanotechnológie. Napríklad stavba moderného mostu by nebola možná bez toho, aby sme najskôr zmerali pevnosť rozličných materiálov, porozumeli relevantným silám alebo, aby sme pochopili ako všetky faktory na seba pôsobia. Vo svete nanotechnológií na to, aby sme vytvorili štruktúry, ktoré majú striktne zostať na mieste bez pohybu, potrebujeme použiť silne zviazané („zlepené“) atómy, no naproti tomu pre skupiny atómov, ktoré sa majú pohybovať, potrebujeme používať atómy udržiavané na svojich miestach len slabučkými chemickými väzbami.
„Výsledok poskytuje dôležité východiskové informácie o výrobe v atómových rozmeroch a vydláždi cestu novým pamäťovým zariadeniam,” povedal Andreas Heinrich, vedúci výskumník v laboratóriu o skenovacej tunelovej mikroskopii vo výskumnom centre IBM v Almadene. „Vytvárame základ, aby sa IBM v budúcnosti nstala nano-konštrukčnou spoločnosťou.”
Vedci zistili, že sila potrebná na pohnutie atómom kobaltu na hladkom povrchu z platiny je 210 piconewtonov. Oproti tomu na pohyb atómu kobaltu na medenom povrchu je potrebných len 17 piconewtonov. Z uvedeného je zrejné, že na zodvihnutie medenej mince vážiacej 3 gramy je potrebných okolo 30 milárd piconewtonov, čo je dvemiliardy krát viac ako sila potrebná na pohyb jedného atómu kobaltu na medenom povrchu.
Takéto poznatky umožnia hlbšie porozumieť procesom, ktoré sa odohrávajú na úrovni atómov a umožnia tiež podporiť vývoj smerom k využívaniu počítačových a zdravotníckych zariadení, ktoré budú vytvorené na nanoúrovni. V oblasti počítačového hardvéru je všeobecne známy trend nárastu nahustených tranzistorov, ktoré sa dajú umiestniť na jeden integrovaný obvod (tzv. Moorov zákon). Zhustené osadenie tranzistorov umožní využívať menej energie pri dosiahnutí vyššej rýchlosti a nižších nákladoch. Jedna z najaktuálnejších výziev IT priemyslu je snaha nájsť návrhárske a výrobné metódy umožňujúce priemyslu neustále zmenšovať tieto zariadenia.
Miniaturizácia zariadení do hraničných rozmerov – na úrovni niekoľkých atómov – vyžaduje radikálne nové návrhárske a výrobné metódy. Schopnosť merania sily potrebnej na pohyb atómov poskytuje nový pohľad na to, ako treba pracovať pri stavbe jedného atómu na druhý a ako prevádzkovať budúce nano zariadenia.
Objasnenie síl, ktoré hýbu atómami
Pred päťdesiatimi rokmi sa laureát Nobelovej ceny Richard Feynman pýtal, čo sa bude diať, keď dokážeme presne podľa svojho želania umiestniť jednotlivé atómy. Tento sen sa stal skutočnosťou a v súčasnosti sa „manipulácia s atómami“ využíva pri výskume s cieľom získať poznatky o stavbe, testovaní a manipulácii s objektami v rozmeroch individuálnych atómov. Odpoveď na základnú otázku: „Akú silu potrebujeme na pohnutie atómom na nejakom povrchu?“ sa však až doteraz nepodarilo nájsť.
V článku uverejnenom v Science vedci popisujú citlivý silový atómový mikroskop (AFM) na meranie hodnoty a smeru sily vyvinutej na atóm alebo molekulu. Tím objavil, že sila je výrazne rozdielna v prípade rôznych typov materiálov použitých na povrchu. Veľkosť sily sa tiež mení v prípade, že namiesto jedného atómu je použitá malá molekula. Objav umožňuje kombináciu – neuveriteľne citlivé meranie síl s extrémnou presnosťou a stabilitu potrebnú na pohyb atómov.
Silový atómový mikroskop (AFM) bol uvedený prvý raz pred dvadsiatimi rokmi nositeľom Nobelovej ceny a pracovníkom IBM Gerdom Binningom, vedeckým pracovníkom IBM Christophom Gerberom a profesorom Standfordskej university Calvinom Quateom. Mikroskop používa na meranie interakcie medzi hrotom a atómom na nejakom povrchu ostrý hrot upevnený na pružnom ramene. Pri práci je ramenom miniatúrna kryštálová ladiaca vidlica podobného typu, aký sa dá nájsť v nástenných a náramkových hodinách. Keď sa hrot priblíži k atómu na povrchu, nepatrne sa zmení frekvencia ladiacej vidlice. Zmena frekvencie sa dá analyzovať, aby sa určila sila, ktorá bola aplikovaná na atóm. „Je ohromujúce vidieť, ako tento nástroj, ktorý je základom k ladiacej vidlici používanej v každodenných náramkových hodinkách, možno využiť na meranie síl medzi jednotlivými atómami,“ hovorí profesor Franz Giessibl z Univerzity v Regensburgu.
Zdroj: IBM
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax