Forskere udvikler kraftsensor fra kulstof nanorør

En gruppe forskere fra Rusland, Hviderusland og Spanien, herunder Moskva Institut for Fysik og Teknologi professor Yury Lozovik, har udviklet en mikroskopisk kraftsensor baseret på kulstof nanorør. Enheden er beskrevet i en artikel offentliggjort i tidsskriftet Computational Materials Science og fås også som fortryk.

Forskerne foreslog at bruge to nanorør, hvoraf den ene er en lang cylinder med dobbeltvægge et atom tykt. Disse rør er placeret således, at deres åbne ender er modsat hinanden. Derefter tilføres spænding til dem, og en strøm på omkring 10nA løber gennem kredsløbet.

Carbonrørsvægge er gode ledere, og langs mellemrummet mellem enderne af nanorørene flyder strømmen takket være tunneleffekten, som er et kvantefænomen, hvor elektroner passerer gennem en barriere, der anses for uoverkommelig i klassisk mekanik.

Denne strøm kaldes tunnelstrøm og er meget udbredt i praksis. Der er, for eksempel, tunnel dioder, hvor strømmen løber gennem potentialbarrieren af ​​p-n-forbindelsen.

Et andet eksempel er et scanning tunneling mikroskop (STM), hvor overfladen af ​​en prøve scannes med en meget skarp nål under spænding. Nålen glider langs overfladen, og størrelsen af ​​strømmen, der flyder gennem den, viser afstanden til prøven med en sådan nøjagtighed, at STM'en kan detektere fremspring et atom højt.

Artiklens forfattere brugte forholdet mellem tunnelstrømmen og afstanden mellem enderne af nanorørene til at bestemme den relative position af kulstofnanorørene og dermed finde størrelsen af ​​den ydre kraft, der udøves på dem.

Den nye sensor gør det muligt at kontrollere positionen af ​​koaksiale cylindre i to-lags nanorør ret præcist. Som resultat, det er muligt at bestemme strækningen af ​​et n-skala objekt, hvortil elektroderne er fastgjort. Beregninger foretaget af forskerne viste muligheden for at registrere kræfter på nogle få tiendedele af en nN(10-10newton). For at gøre det klarere, en enkelt bakterie vejer i gennemsnit omkring 10-14 newton, og en myg vejer et par dusin mcN (10-5 N).Men, enheden udviklet af fysikerne kan finde anvendelse ud over mikroskalaer.

Et dobbeltlags koaksialt nanorør er beslægtet med en mikroskopisk cylinder med et glidende stempel. Et sådant system er allerede blevet betragtet af en række andre forskere som en potentiel del af forskellige typer nanomaskiner. Nanorør er blevet foreslået til rollen som mikromanipulatorer, eller forbindende "studs" til komplekse mekanismer, og de kan endda bruges til datalagring; positionen af ​​det indre "stempel" kan kode en bit information eller mere.

Desuden, beregninger har vist, at det er muligt at skabe en kombineret enhed, hvor der inde i et to-lags carbon nanorør vil være magnetiske fullerener. Når den placeres i et magnetfelt, en magt vil opstå, som kunne måles ved ændringer i størrelsen af ​​tunnelstrøm. Dette vil konvertere kraftsensoren til en magnetfeltsensor.