(PhysOrg.com) - A la vanguardia de la nanotecnología, los investigadores diseñan máquinas en miniatura para realizar grandes trabajos, desde el tratamiento de enfermedades hasta el aprovechamiento de la luz solar para obtener energía. Pero a medida que superan los límites de esta tecnología, Los dispositivos se están volviendo tan pequeños y sensibles que el comportamiento de los átomos individuales comienza a interferir. Ahora los investigadores de Caltech tienen, por primera vez, midió y caracterizó estas fluctuaciones atómicas, que causan ruido estadístico, en un dispositivo a nanoescala.

El físico Michael Roukes y sus colegas se especializan en la construcción de dispositivos llamados sistemas nanoelectromecánicos (NEMS para abreviar) que tienen una gran variedad de aplicaciones. Por ejemplo, detectando la presencia de proteínas que son marcadores de enfermedad, los dispositivos pueden servir como herramientas de diagnóstico baratas y portátiles, útiles para mantener a las personas sanas en las zonas pobres y rurales del mundo. Aparatos similares pueden medir gases tóxicos en una habitación cerrada, proporcionando una advertencia a los habitantes.

Hace dos años, El grupo de Roukes creó el primer espectrómetro de masas nanomecánico del mundo, permitiendo a los investigadores medir la masa de una sola molécula biológica. El dispositivo, un resonador que se asemeja a un pequeño puente, Consiste en una tira delgada de material de 2 micrones de largo y 100 nanómetros de ancho que vibra a una frecuencia de resonancia de varios cientos de megahercios. Cuando se coloca un átomo en el puente, la frecuencia cambia en proporción a la masa del átomo.

Pero con dispositivos cada vez más sensibles, los movimientos aleatorios de los átomos entran en juego, generando ruido estadístico. "Es como niebla o humo que oscurece lo que está tratando de medir, "dice Roukes, quien es profesor de fisica, física Aplicada, y bioingeniería. Para distinguir la señal del ruido, los investigadores tienen que entender qué está causando el alboroto.

Entonces, Roukes, junto con el ex estudiante de posgrado y científico del personal Philip X. L. Feng, ex estudiante graduado Ya-Tang (Jack) Yang, y el ex postdoctorado Carlo Callegari, se propusieron medir este ruido en un resonador NEMS. Describieron sus resultados en la edición de abril de la revista Nano Letters.

En su experimento, los investigadores rociaron gas xenón en un resonador en forma de puente que es similar al que usaban para pesar moléculas biológicas. El xenón puede acumularse en una capa de un átomo de espesor en la superficie, como canicas que cubren una mesa. En tal disposición, la llamada monocapa, los átomos están tan apretados que no tienen mucho espacio para moverse. Pero para estudiar el ruido los investigadores crearon una submonolayer, que no tiene suficientes átomos para cubrir completamente la superficie del resonador. Debido al espacio extra, los átomos tienen más libertad para moverse, lo que genera más ruido en el sistema.

Los átomos de la submonocapa hacen una de estas tres cosas:se adhieren a la superficie, despegue y vuele, o deslizarse. O en física hablar los átomos se adsorben, desorber o difuso. Las teorías anteriores habían predicho que el ruido probablemente se deba a que los átomos se pegan y despegan. Pero ahora que los investigadores pudieron observar lo que realmente sucede en tal dispositivo, descubrieron que la difusión domina el ruido. ¿Qué es digno de mención? los investigadores dicen, es que encontraron que cuando un átomo se desliza a lo largo de la superficie del resonador, hace que la frecuencia de vibración del dispositivo fluctúe. Esta es la primera vez que alguien mide este efecto, ya que los dispositivos anteriores no eran sensibles a este tipo de difusión. También encontraron nuevas leyes de potencia en los espectros de frecuencias de ruido:descripciones cuantitativas de las frecuencias a las que vibran los átomos.

Aún queda mucho por aprender sobre la física de este ruido, dicen los investigadores. Por último, necesitarán descubrir cómo deshacerse de él o suprimirlo para construir mejores dispositivos NEMS. Pero comprender este ruido, midiendo el movimiento aleatorio de los átomos individuales, es en sí mismo una ciencia fascinante, Dice Roukes. "Es una nueva ventana a cómo funcionan las cosas en el mundo a nanoescala".