(PhysOrg.com) - ¿Qué tan fuerte tiene que tirar de un solo átomo de, digamos, oro para separarlo del final de una cadena de átomos similares? * Es una medida del asombroso progreso en nanotecnología que Los ingenieros ahora están haciendo preguntas que antes sólo hubieran interesado a físicos o químicos. Para ayudar con las respuestas, un equipo de investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ha construido un instrumento ultraestable para tirar de cadenas de átomos, un instrumento que puede maniobrar y mantener la posición de una sonda atómica dentro de los 5 picómetros. **

El experimento básico utiliza un instrumento diseñado por NIST inspirado en el microscopio de túnel de barrido (STM). El instrumento NIST utiliza como sonda una multa, alambre de oro puro estirado hasta una punta afilada. La sonda se toca con una superficie plana de oro, haciendo que los átomos de la punta y la superficie se unan, y se aleja gradualmente hasta que se forma una cadena de un solo átomo (ver figura) y luego se rompe. El truco consiste en hacer esto con un control posicional tan exquisito que pueda saber cuándo los dos últimos átomos están a punto de separarse. y mantén todo firme; En ese punto, puede medir la rigidez y la conductancia eléctrica de la cadena de un solo átomo, antes de romperlo para medir su fuerza.

El equipo de NIST utilizó una combinación de diseño inteligente y atención obsesiva a las fuentes de error para lograr resultados que, de otro modo, requerirían esfuerzos heroicos para aislar las vibraciones. según el ingeniero Jon Pratt. Un sistema de fibra óptica montado justo al lado de la sonda utiliza la misma superficie de oro tocada por la sonda como un espejo en un interferómetro óptico clásico capaz de detectar cambios en el movimiento mucho más pequeños que la longitud de onda de la luz. La señal del interferómetro se utiliza para controlar el espacio entre la superficie y la sonda. Simultaneamente, se mide una pequeña corriente eléctrica que fluye entre la superficie y la sonda para determinar cuándo la unión se ha estrechado hasta los dos últimos átomos en contacto. Debido a que hay tan pocos átomos involucrados, la electrónica puede registrarse, con sensibilidad de un solo átomo, los distintos saltos de conductividad a medida que se estrecha la unión entre la sonda y la superficie.

El nuevo instrumento se puede combinar con un esfuerzo de investigación paralelo en el NIST para crear un sensor de fuerza a escala atómica preciso, por ejemplo, un voladizo microscópico similar a un trampolín cuya rigidez ha sido calibrada en el Balance de Fuerza Electrostática del NIST. El físico Douglas Smith dice que la combinación debería hacer posible la medición directa de la fuerza entre dos átomos de oro de una manera rastreable a los estándares de medición nacionales. Y debido a que dos átomos de oro son esencialmente idénticos, eso daría a otros investigadores un método directo de calibrar su equipo. "Buscamos algo que las personas que hacen este tipo de medición puedan utilizar como punto de referencia para calibrar sus instrumentos sin tener que pasar por todos los problemas que hacemos, "Dice Smith." ¿Qué pasa si el experimento que está realizando se calibra solo porque la medición que está haciendo tiene valores intrínsecos? Puede realizar una medición eléctrica que es bastante fácil y, al observar la conductancia, puede saber cuándo ha llegado a esta cadena de un solo átomo. Luego, puede realizar sus mediciones mecánicas sabiendo cuáles deberían ser esas fuerzas y recalibrar su instrumento en consecuencia ".

Además de su aplicación a la mecánica a nanoescala, dice el equipo de NIST, La estabilidad a largo plazo de su sistema a escala de picómetro promete estudiar el movimiento de electrones en sistemas unidimensionales y espectroscopía de una sola molécula.