Je leest:

Scherpste voorwerp ooit gemaakt

Scherpste voorwerp ooit gemaakt

Auteur: | 10 augustus 2006

Het scherpste voorwerp ooit gemaakt is een wolfraam naald die spits afloopt tot de dikte van slechts één atoom. De naald, die gemaakt is door postdoc Moh’d Rezeq in de groep van Robert Wolkow van de Universiteit van Alberta en het Canadese National Institute for Nanotechnology, is aanvankelijk veel dikker. Maar in een pure stikstofatmosfeer kan hij vlijmscherp worden gemaakt.

Om te beginnen is wolfraam chemisch gezien erg reactief. In stikstof wordt het wolfraamoppervlak gecoat. Als de naald onder stroom wordt gezet en aan de punt een elektrisch veld ontstaat, worden de stikstofmoleculen weggedreven en wordt het metaal tot een punt weg geëtst. Dit proces bereikt een toestand van evenwicht als de punt zeer scherp is geworden.

Een zeer scherpe wolfraam naald. De kleine ronde structuren zijn individuele atomen. De lichter gekleurde langwerpige structuren zijn sporen die zijn achtergelaten door atomen die voortbewogen gedurende het ongeveer één seconde durende opnameproces. De opname is gemaakt met een veldionenmicroscoop. bron: FIM

Net zoals een piramidevormig hoopje zand inzakt, zouden de wolfraam atomen ook weer ‘inzakken’ en de punt botter worden. Maar door de stikstof coating blijft hij beschermd tegen verdere aantasting. De naald blijft zelfs stabiel als hij wordt blootgesteld aan de lucht bij een temperatuur tot 900 graden Celsius.

De scherpe naald zou kunnen worden gebruikt in een rastertunnelmicroscoop (STM, zie uitleg hieronder). De naalden die daarbij worden gebruikt, hebben een punt ter dikte van 10 nanometer. Het beeld van de microscoop zal door het gebruik van de nieuwe naald niet scherper worden. Er kunnen al afzonderlijke atomen mee worden gefotografeerd. Maar door meer dunne naalden bij elkaar te plaatsen, verwacht Robert Wolkow filmpjes te kunnen maken van bewegende atomen.

Principe van de Scanning Tunneling Microscoop (STM)

Het principe van de STM is verbluffend eenvoudig. Het valt het best te vergelijken met dat van een ouderwetse platenspeler: ook bij STM wordt gebruikt gemaakt van een vlijmscherpe naald waarmee het te onderzoeken oppervlak wordt afgetast. Het grote verschil met de platenspeler is echter dat de naald het oppervlak nèt niet raakt. Wanneer we nu een elektrische spanningsverschil aanleggen tussen de naald en het oppervlak, gaat er een minuscuul elektrisch stroompje lopen: de tunnelstroom. De sterkte van deze elektrische stroom hangt heel erg af van de precieze afstand tussen de naald en het oppervlak en wordt pas goed meetbaar als het laatste atoom van de naald zich bevindt binnen een nanometer (een miljoenste millimeter) van het te onderzoeken oppervlak.

De microscoop meet deze stroom en stelt voortdurend de hoogte van de naald zodanig bij, dat de tunnelstroom op een constante waarde wordt gehouden. Op deze manier blijft de naald op een constante afstand van het oppervlak. Als nu de naald parallel aan het oppervlak verschoven wordt, terwijl de stroom constant wordt gehouden, volgt de naald een hobbelpad – iets hoger pal boven een atoom, en iets lager tussen de atomen in – dat eruit ziet als de atomaire structuur van het oppervlak onder de naald. De bewegingen van de naald worden tenslotte door een computer geregistreerd en op een beeldscherm zichtbaar gemaakt.

Verder zal de scherpe wolfraam naald kunnen worden gebruikt als elektronenbron. Omdat de naald zo dun is, kan hij een hele dunne stroom elektronen uitzenden. Die zou onder andere kunnen worden benut in een elektronenmicroscoop. “De lenzen in een elektronenmicroscoop werken beter als de elektronenbundel van een hele kleine bron komen,” zegt Wolkow. “Dus nu we allerkleinste puntbron hebben, kunnen we ook betere elektronenmicroscopen maken.”

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Astronet.
© Astronet, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 augustus 2006

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.