(PhysOrg.com) -- À quel point devez-vous tirer sur un seul atome d'or, disons, pour le détacher de l'extrémité d'une chaîne d'atomes similaires ?* C'est une mesure des progrès étonnants de la nanotechnologie qui des questions qui autrefois n'intéressaient que des physiciens ou des chimistes sont aujourd'hui posées par les ingénieurs. Pour aider avec les réponses, une équipe de recherche du National Institute of Standards and Technology a construit un instrument ultra-stable pour tirer sur des chaînes d'atomes, un instrument qui peut manœuvrer et maintenir la position d'une sonde atomique à 5 picomètres près.**

L'expérience de base utilise un instrument conçu par le NIST et inspiré du microscope à effet tunnel (STM). L'instrument NIST utilise comme sonde une fine, fil d'or pur tendu jusqu'à une pointe acérée. La sonde est touchée par une surface plate en or, provoquant la liaison des atomes de la pointe et de la surface, et progressivement retiré jusqu'à ce qu'une chaîne à un seul atome (voir figure) se forme puis se brise. L'astuce est de le faire avec un contrôle de position si exquis que vous pouvez dire quand les deux derniers atomes sont sur le point de se séparer, et maintenez tout stable; vous pouvez à ce stade mesurer la rigidité et la conductance électrique de la chaîne à un seul atome, avant de le casser pour mesurer sa force.

L'équipe du NIST a utilisé une combinaison de conception intelligente et d'attention obsessionnelle aux sources d'erreur pour obtenir des résultats qui, autrement, nécessiteraient des efforts héroïques pour isoler les vibrations, selon l'ingénieur Jon Pratt. Un système à fibre optique monté juste à côté de la sonde utilise la même surface d'or touchée par la sonde qu'un miroir dans un interféromètre optique classique capable de détecter des changements de mouvement bien inférieurs à la longueur d'onde de la lumière. Le signal de l'interféromètre est utilisé pour contrôler l'écart entre la surface et la sonde. Simultanément, un petit courant électrique circulant entre la surface et la sonde est mesuré pour déterminer quand la jonction s'est rétrécie aux deux derniers atomes en contact. Parce qu'il y a si peu d'atomes impliqués, l'électronique peut enregistrer, avec sensibilité à un seul atome, les sauts distincts de conductivité lorsque la jonction entre la sonde et la surface se rétrécit.

Le nouvel instrument peut être associé à un effort de recherche parallèle au NIST pour créer un capteur de force à l'échelle atomique précis, par exemple, un porte-à-faux microscopique en forme de plongeoir dont la rigidité a été calibrée sur la balance de force électrostatique du NIST. Le physicien Douglas Smith affirme que la combinaison devrait permettre la mesure directe de la force entre deux atomes d'or d'une manière traçable aux normes de mesure nationales. Et parce que deux atomes d'or sont essentiellement identiques, cela donnerait aux autres chercheurs une méthode directe pour calibrer leur équipement. « Nous recherchons quelque chose que les gens qui font ce type de mesure pourraient utiliser comme référence pour calibrer leurs instruments sans avoir à nous donner tous les ennuis que nous faisons, " Dit Smith. « Et si l'expérience que vous effectuez se calibre parce que la mesure que vous effectuez a des valeurs intrinsèques ? Vous pouvez faire une mesure électrique assez simple et en observant la conductance, vous pouvez savoir quand vous êtes arrivé à cette chaîne à un seul atome. Ensuite, vous pouvez effectuer vos mesures mécaniques en sachant quelles devraient être ces forces et recalibrer votre instrument en conséquence.

En plus de son application à la mécanique nanométrique, dit l'équipe du NIST, la stabilité à long terme de leur système à l'échelle du picomètre est prometteuse pour l'étude du mouvement des électrons dans les systèmes unidimensionnels et la spectroscopie de molécule unique.