Je leest:

Goud wegen op nanoschaal

Goud wegen op nanoschaal

Auteur: | 29 juli 2008

Amerikaanse onderzoekers bouwden een nanoweegschaal die het gewicht van een enkel goudatoom kan meten. De weegschaal bestaat uit een koolstof nanobuisje dat trilt onder gelijkstroom. Voor het eerst kan een atoom op kamertemperatuur worden gewogen. Het onderzoek is deze week gepubliceerd in Nature Nanotechnology.

Er is een nieuwe “gouden standaard” in de nauwkeurigheid van weegschalen. Onderzoekers van het Berkeley Lab en de Universiteit van Californië in Berkeley toonden onlangs een nanoelektromechanisch systeem (NEMS) dat werkt als een weegschaal. Deze weegschaal is zo gevoelig dat het de massa van een enkel goudatoom kan meten.

Heilige graal

“Een enkel atoom of molecuul wegen is al vijftien jaar lang de heilige graal van NEMS”, zo vertelt Alex Zettl, directeur van het Centrum voor Geïntegreerde Nanomechanische Systemen van de UC Berkeley. “Hiervoor moet je het systeem klein genoeg en gevoelig genoeg maken. Dat is al lastig bij extreem lage temperaturen, waar je geen last hebt van thermische ruis. Het is ons echter gelukt om één atoom te wegen bij kamertemperatuur!”

Een koolstof nanobuisje werkt als weegschaal voor goudatomen. Atomen die erop landen laten het nanobuisje met een andere frequentie trillen, zoals een duiker die op een duikplank springt. De nieuwe trilfrequentie onthult het gewicht van de atomen.

Kietelen

De nieuwe NEMS massa sensor, zoals de weegschaal officieel heet, bestaat uit een koolstof nanobuisje met een dubbele wand. Koolstof nanobuisjes zijn cilindervormige koolstofmoleculen van enkele nanometers lang. Eén nanometer is een miljoenste millimeter. De cilindervorm geeft de nanobuisjes speciale eigenschappen, zoals extra stevigheid en elektrische geleiding. Eén uiteinde van het NEMS koolstof nanobuisje zit vast aan een elektrode die het buisje onder gelijkstroom zet, de andere kant hangt vrij in de lucht. Een radiogolf “kietelt” vervolgens het nanobuisje waardoor het losse uiteinde gaat trillen.

Door hierop een atoom of molecuul te laten vallen gaat het nanobuisje met een andere frequentie trillen, vergelijkbaar met een duikplank waar een duiker op springt. De nieuwe trilfrequentie onthult dan de massa van het atoom. “Het was een hele uitdaging om de veranderende frequentie te meten”, zegt Kenneth Jensen, Zettl’s collega-onderzoeker. “Dit kregen we uiteindelijk voor elkaar door het koolstof nanobuisje elektronen te laten uitzenden. Die geven een stroompje dat verandert als het buisje met een andere frequentie gaat trillen, bijvoorbeeld door er een atoom op te laten vallen.”

Deze animatie van een draaiend koolstof nanobuisje toont de holle, cilindervormige structuur. Een buisje heeft een diameter van één nanometer, oftewel een miljoenste millimeter. Bron: Wikipedia

Beach Boys

Met de NEMS weegschaal wogen de onderzoekers massa’s tot tweevijfde van een goudatoom in minder dan een seconde tijd. De weegschaal is duizend keer kleiner dan bestaande trillende NEMS, met een lengte van tweehonderd nanometer en een doorsnede van slechts één nanometer. Ter vergelijking: de punt aan het einde van deze zin is een slordige 500.000 nanometer breed. “Nanobuisjes zijn ideaal voor dit soort taken”, vertelt Jensen. “Hiermee hoef je je moleculen niet kapot te maken voordat je ze gaat wegen, zoals bij massaspectrometrie. Ook wordt onze weegschaal gevoeliger naarmate het molecuul zwaarder wordt, zodat we bijvoorbeeld ook DNA kunnen wegen. Tenslotte is het zo klein dat het op een chip past.”

Het team heeft veel ervaring met koolstof nanobuisjes. Eind 2007 bouwden ze een radio die bestond uit één koolstof nanobuisje. Door het buisje te laten trillen met radiogolven vertaalden ze de golven naar geluid. Zo speelde de nanoradio onder andere ‘Good Vibrations’ van de Beach Boys en de soundtrack van de Star Wars-films.

Dit bericht is vrij vertaald naar een origineel nieuwsbericht van de Universiteit van Californië in Berkeley.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 29 juli 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.