2008年7月29日
在称的灵敏度方面有了新的“黄金标准”。使用他们发明的世界上第一个全功能纳米管无线电的相同技术，研究人员伯克利实验室加州大学伯克利分校(UC)研制出了一种纳米机电系统(NEMS)，该系统可以作为一个足够灵敏的尺度来测量单个金原子的质量。
双壁碳纳米管NEMS已经被用来测量单个金原子的质量。原子降落在管子上，改变管子的共振频率，与原子的质量成比例，就像潜水员撞击跳板一样。图片来源:肯尼斯·詹森。
亚历克斯·泽特尔（Alex Zettl）是一名物理学家，他与伯克利实验室材料科学部（MSD）和加州大学伯克利分校（UC Berkeley）物理系（欧洲杯足球竞彩该系是欧洲杯线上买球集成纳米机械系统中心的主任）共同任职，领导了这项研究。与他一起工作的是他的研究小组成员肯尼斯·詹森和金宽耀。
Zettl说:“在过去15年左右的时间里，NEMS的圣杯一直是把它们推到足够小的尺寸和足够高的灵敏度，这样它们就可以分辨单个分子甚至单个原子的质量。”“即使在低温环境下，降低热噪声提高了灵敏度，这也是一个挑战。我们已经在室温下实现了亚单原子分辨率!”
新型NEMS质量传感器由一个双壁碳纳米管组成，以提供统一的电性能并增加刚性。碳纳米管的一个尖端是自由的，另一个尖端被锚定在一个电极上，靠近一个对电极。一个直流电压源，例如来自电池或太阳能电池阵列，连接到电极上。施加直流偏压会在纳米管的自由尖端产生负电荷。一种额外的射频波“挠痒”纳米管，使它以一种特有的“弯曲”共振频率振动。
当一个原子或分子沉积在碳纳米管上时，纳米管的共振频率随原子或分子的质量成比例变化，就像潜水员的附加质量改变跳水板的弯曲共振频率一样。测量这种频率变化可以揭示碰撞原子或分子的质量。
Jensen说:“让纳米管振动是相当容易的。“困难的部分是检测这些微小的振动。我们通过从纳米管尖端发射电子并检测产生的电流来实现这一点。”
使用NEMS质量传感器，Zettl、Jensen和Kim能够称量单个金原子的重量，并在室温下，在一秒钟多一点的时间内测量出金原子质量的五分之二。一个金原子的质量为3.25 x 10-25千克，这意味着一千克中约有300万个金原子。
虽然以前也有过其他具有质量传感器功能的NEMS，但之前的大多数设备都是用硅制成的，而且没有一个能在室温下实现神奇的单原子分辨率。Zettl团队的碳纳米管质量传感器在体积上比典型的NEMS谐振器小1000倍——直径只有十亿分之一米，长度只有200亿分之一米。
Jensen说:“碳纳米管是实现这一目的的理想材料，它们的小尺寸使其足够敏感，即使在室温下也能分解单个原子。”
正如詹森解释的那样，虽然科学家已经能够通过一种称为质谱的复杂技术来测量单个原子的质量，但这种新型碳纳米管NEMS质量传感器提供了一些明显的优势，并为新的可能性打开了大门。
“与质谱仪不同，我们的设备不需要中性原子或分子的电离，而这些原子或分子会破坏蛋白质等样品。与质谱仪不同的是，我们的碳纳米管质量传感器在更高的质量范围内变得更灵敏，这使得它更适合测量DNA等大生物分子。最后，我们的设备是s足够大，以便及时将其整合到芯片上。”
Zettl、Jensen和Kim在《自然纳米技术》杂志上发表的题为“原子分辨率纳米机械质量传感器”的论文中描述了他们的NEMS质量传感器。这项研究得到了美国能源部科学办公室、基础能源科学计划的材料科学和工程部的支持，并由国家科学基金会在综合纳米机械系统中心。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
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