p (PhysOrg.com) - Quão difícil você tem de puxar um único átomo de - digamos - ouro para separá-lo do final de uma cadeia de átomos semelhantes? * É uma medida do surpreendente progresso em nanotecnologia que perguntas que antes teriam interessado apenas físicos ou químicos, agora estão sendo feitas por engenheiros. Para ajudar com as respostas, uma equipe de pesquisa do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia construiu um instrumento ultra-estável para puxar cadeias de átomos, um instrumento que pode manobrar e manter a posição de uma sonda atômica dentro de 5 picômetros. ** p O experimento básico usa um instrumento projetado pelo NIST inspirado no microscópio de tunelamento de varredura (STM). O instrumento NIST usa como uma sonda uma multa, fio de ouro puro esticado para uma ponta afiada. A sonda é tocada em uma superfície plana de ouro, fazendo com que a ponta e os átomos da superfície se liguem, e gradualmente puxado para fora até que uma cadeia de um único átomo (veja a figura) seja formada e então se quebre. O truque é fazer isso com um controle posicional tão requintado que você pode dizer quando os dois últimos átomos estão prestes a se separar, e mantenha tudo firme; você pode, nesse ponto, medir a rigidez e condutância elétrica da cadeia de um único átomo, antes de quebrá-lo para medir sua resistência.

p A equipe do NIST usou uma combinação de design inteligente e atenção obsessiva às fontes de erro para alcançar resultados que, de outra forma, exigiriam esforços heróicos de isolamento de vibração, de acordo com o engenheiro Jon Pratt. Um sistema de fibra ótica montado próximo à sonda usa a mesma superfície de ouro tocada pela sonda como um espelho em um interferômetro ótico clássico, capaz de detectar mudanças no movimento muito menores do que o comprimento de onda da luz. O sinal do interferômetro é usado para controlar a lacuna entre a superfície e a sonda. Simultaneamente, uma minúscula corrente elétrica fluindo entre a superfície e a sonda é medida para determinar quando a junção estreitou para os dois últimos átomos em contato. Porque existem tão poucos átomos envolvidos, eletrônicos podem registrar, com sensibilidade a um único átomo, os distintos saltos de condutividade à medida que a junção entre a sonda e a superfície se estreita.

p O novo instrumento pode ser emparelhado com um esforço de pesquisa paralelo no NIST para criar um sensor de força em escala atômica preciso - por exemplo, um cantilever microscópico semelhante a uma prancha de mergulho cuja rigidez foi calibrada no Balanço de Força Eletrostática do NIST. O físico Douglas Smith diz que a combinação deve possibilitar a medição direta da força entre dois átomos de ouro de uma forma rastreável aos padrões de medição nacionais. E porque quaisquer dois átomos de ouro são essencialmente idênticos, isso daria a outros pesquisadores um método direto de calibrar seus equipamentos. “Estamos atrás de algo que as pessoas que fazem esse tipo de medição possam usar como referência para calibrar seus instrumentos sem ter que passar por todos os problemas que fazemos, "Smith diz." E se o experimento que você está realizando se calibrar porque a medição que você está fazendo tem valores intrínsecos? Você pode fazer uma medição elétrica que é bastante fácil e, observando a condutância, você pode dizer quando chegou a esta cadeia de um único átomo. Então você pode fazer suas medições mecânicas sabendo quais devem ser essas forças e recalibrar seu instrumento de acordo. ”

p Além de sua aplicação à mecânica em nanoescala, diga a equipe do NIST, a estabilidade de longo prazo do seu sistema na escala do picômetro é uma promessa para estudar o movimento dos elétrons em sistemas unidimensionais e espectroscopia de molécula única.