Forskere bygger enkeltmolekylemikrofon, der kan registrere protonstørrelsesforskydninger

(Phys.org) – En trio af forskere i Holland har bygget en "mikrofon" ud af blot et enkelt molekyle, der er i stand til at detektere forskydninger så små som en enkelt proton. I deres papir udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , Yuxi Tian, Pedro Navarro, og Michel Orrit beskriver, hvordan de indlejrede et enkelt molekyle i et krystalgitter sammen med en vibrerende mekanisme for at skabe en ny type enhed, der er i stand til at detektere vibrationer på nanoskala.

Forskerne beskriver deres enhed som en nanomikrofon, selvom det bedst kan forkortes til kun nanofon, som det tager til, eller registrerer vibrationer på nanoskala. I begge tilfælde, indsatsen var baseret på arbejde udført af et hold i Frankrig for nylig, som fandt ud af, at den elektroniske tilstand af et molekyle udpeget som gæst i en værtsmatrix af en anden type molekyle, kunne påvirkes af matricen på en sådan måde, at den afslører vibrationsegenskaber af matrixen - fint nok til at tillade dens brug som en type ekstremt miniaturemikrofon.

For at bygge deres mikronanafon, forskerne indlejrede individuelle dibenzoterrylen (DBT) molekyler i et anthracen krystalgitter (med en lav nok koncentration til at forhindre DBT-molekylerne i at røre ved). Krystallen blev derefter limet til en smule kvarts for at fungere som en stemmegaffel. Når kvartsen blev bragt til at vibrere via en elektrisk strøm, forårsagede det vibrationer i gitteret, som påvirkede DBT-molekylet. Som svar ændrede molekylet, hvor meget det fluorescerede (når det blev exciteret af en laser), tilbyder en måde at måle, hvor meget vibration der forekom efter grad af fluorescens. Holdet fandt ud af, at de kunne fokusere på kun et af DBT-molekylerne ad gangen på grund af ufuldkommenheder i krystallen, hvilket betød, at den endelige mikrofon faktisk kun var et molekyle i størrelse.

For at teste deres enhed, forskerne stimulerede kvartsen på en sådan måde, at de finjusterede vibrationerne, måling af det, de observerede med kun ét molekyle, foton for foton, over et helt sekund og fandt ud af, at enheden var i stand til nøjagtigt at beskrive mængden af ​​forvrængning, der opstod i gitteret.

Forskerne mener, at deres mikronanofon kan bruges til at måle systemer i enten kemiske eller nanostørrelser, og fordi den er så følsom, kan den endda bruges til at måle kvanteeffekter i forskellige strukturer som f.eks. ekstremt små cantilevers. En begrænsning er, at enheden kun fungerer ved meget lave temperaturer.

© 2014 Phys.org