Nyt nanoskala elektrisk fænomen opdaget

I omfanget af de meget små, fysik kan blive ejendommelig. En professor i biomedicinsk teknik fra University of Michigan har opdaget en ny forekomst af sådan et nanoskala -fænomen - et, der kan føre til hurtigere, billigere bærbare diagnostiske enheder og skubbe grænser tilbage i opbygningen af ​​mikro-mekaniske og "lab on a chip" -enheder.

I vores makroskala verden, materialer kaldet ledere overfører effektivt elektricitet og materialer kaldet isolatorer eller dielektrik gør det ikke, medmindre de rystes med en ekstremt høj spænding. Under sådanne "dielektriske nedbrydning" omstændigheder, som når et lyn lynede et tag, dielektrikummet (taget i dette eksempel) lider af irreversibel skade.

Dette er ikke tilfældet på nanoskalaen, ifølge en ny opdagelse af Alan Hunt, en lektor i Institut for Biomedicinsk Teknik. Hunt og hans forskerteam var i stand til at få en elektrisk strøm til at passere ikke -destruktivt gennem en glasskive, som normalt ikke er en konduktør.

Et papir om forskningen er nyligt udgivet online i Naturnanoteknologi .

"Dette er en ny, virkelig nanoskala fysisk fænomen, "Hunt sagde." I større skalaer, det virker ikke. Du får ekstrem varme og skader.

"Det, der betyder noget, er, hvor stejlt spændingsfaldet er på tværs af dielektriciens afstand. Når du kommer ned til nanoskalaen, og du gør din dielektricitet overordentlig tynd, du kan opnå sammenbruddet med beskedne spændinger, som batterier kan levere. Du får ikke skaden, fordi du er i så lille en skala, at varmen forsvinder ekstraordinært hurtigt. "

Disse ledende nanoskala dielektriske skiver er, hvad Hunt kalder flydende glaselektroder, fremstillet på U-M Center for Ultrafast Optical Science med en femtosekundlaser, som udsender lysimpulser, der kun er kvadrilliondeler af et sekund langt.

Glaselektroderne er ideelle til brug i lab-on-a-chip-enheder, der integrerer flere laboratoriefunktioner på en chip på bare millimeter eller centimeter i størrelse. Enhederne kan føre til øjeblikkelige hjemmetest for sygdomme, fødevareforurenende stoffer og giftige gasser. Men de fleste af dem har brug for en strømkilde for at fungere, og lige nu stoler de på ledninger til at lede denne strøm. Det er ofte svært for ingeniører at indsætte disse ledninger i de små maskiner, Sagde Hunt.

"Designet af mikrofluidiske enheder er begrænset på grund af strømproblemet, "Sagde Hunt." Men vi kan bearbejde elektroder lige ind i enheden. "

I stedet for at bruge ledninger til at lede elektricitet, Hunts team ætser kanaler, hvorigennem ionisk væske kan overføre elektricitet. Disse kanaler, 10 tusinde gange tyndere end prikken i denne "i, "fysisk blindgyde i deres kryds med de mikrofluidiske eller nanofluidiske kanaler, hvori analysen udføres på lab-on a-chip (dette er vigtigt for at undgå kontaminering). Men elektriciteten i de ioniske kanaler kan lynes gennem det tynde glas blind vej uden at skade enheden i processen.

Denne opdagelse er resultatet af en ulykke. To kanaler i en eksperimentel nanofluidisk enhed stod ikke korrekt op, Hunt sagde, men forskerne fandt ud af, at elektricitet passerede gennem enheden.

"Vi blev overraskede over dette, da det strider mod accepteret tankegang om ikke -ledende materialers adfærd, "Hunt sagde." Efter yderligere undersøgelser kunne vi forstå, hvorfor dette kunne ske, men kun i nanometer skala. "

Hvad angår elektronikapplikationer, Hunt sagde, at de nødvendige ledninger i integrerede kredsløb grundlæggende begrænser deres størrelse.

"Hvis du kunne bruge reversibel dielektrisk nedbrydning til at fungere for dig i stedet for imod dig, der kan ændre ting væsentligt, "Sagde Hunt.