آخرین اخبار
میکروسکوپ نقطه کوانتومی می‌تواند پتانسیل‌های الکتریکی تک اتم‌ها را انداز‌ه‌گیری کند

میکروسکوپ نقطه کوانتومی می‌تواند پتانسیل‌های الکتریکی تک اتم‌ها را انداز‌ه‌گیری کند

یک روش جدید میکروسکوپی نقطه کوانتومی می‌تواند پتانسیل الکتریکی یک نمونه را با دقت اتمی اندازه بگیرد. این روش که توسط گروهی از محققان آلمانی توسعه یافته، کاربردهای بالقوه‌ای برای ساخت تراشه و تشخیص ملکول‌های زیستی دارد.

در روش تصویربرداری جدیدی که محققان ابداع کردند، یک نقطه‌ کوانتومی به نوک یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) متصل شد تا به عنوان یک آشکارگر تصویربرداری بدون تماس عمل کند. نقطه کوانتومی به اندازه‌ای کوچک بود که الکترون‌های نوک AFM می‌توانستند به شیوه‌ای کنترل شده به آن متصل شوند. حسگر نقطه کوانتومی و پوشش الکتروستاتیک نوک و سطح، تصویربرداری از مقیاس‌های طولی حتی در سطح تک‌اتم‌ها را امکان‌پذیر کرد.

محققان می‌گویند دلیل تصاویر بسیار واضح، اثری است که اجازه می دهد نوک میکروسکوپ، حدود 2 تا 3 نانومتر از نمونه فاصله داشته باشد، در حالیکه این فاصله برای میکروسکوپ نیروی اتمی، بسیار زیاد بود. تمام عناصر یک نمونه، میدان‌های الکتریکی تولید می‌کنند که نقطه کوانتومی را تحت تاثیر قرار می‌دهند و بنابراین می‌توانند اندازه‌گیری شوند. نوک میکروسکوپ به عنوان یک محافظ عمل نموده و میدان‌های مخرب نواحی دورتر نمونه را تعدیل می‌کند. محققان می‌گویند:

تاثیر میدان‌های الکتریکی محفاظت‌شده، به طور نمایی، کاهش می‌یابد و نقطه کوانتومی فقط ناحیه‌ی اطراف را آشکارسازی می‌کند. بنابراین وضوح ما بسیار بالاتر از وضوحی است که از یک آشکارگر نقطه‌ای ایده‌آل انتظار می‌رود.

محققان این روش را برای تشخیص سطح یک نانوساختار، تغییرات استخراج تابع کار و ممان‌های دوقطبی سیستم‌های مرجع و تایید این روش به عنوان ابزاری برای مطالعه‌ی اجزای ماده و دستگاه‌ها، حتی تا مقیاس اتمی، به کار بردند. آن‌ها می‌گویند:

ما نه تنها می‌توانیم میدان‌های الکتریکی تک اتم‌ها و ملکول‌ها را تصویرسازی کنیم، بلکه می‌توانیم آن‌ها را به دقت بسنجیم که این امر از طریق مقایسه با محاسبات نظری همکارانمان درلوکزامبورگ تایید شد. از طرفی ما می‌توانیم نواحی بزرگی از یک نمونه را تصویربرداری کنیم و بنابراین تنوع نانوساختارها را نیز نشان دهیم.

مهندسان برای امکان اندازه‌گیری سطح نمونه، یک کنترل‌کننده‌ را توسعه دادند که به اتوماتیک کردن توالی تکراری تصویربرداری نمونه کمک کرد. محققان می‌گویند:

در کار قبلی میکروسکوپ نقطه کوانتومی ، برای ترکیب و ادغام چند اندازه گیری‌ در یک تصویر، ما مجبور بودیم دستگاه را به یک محل خاص در نمونه حرکت دهیم، یک طیف را اندازه بگیریم و سپس به محل بعدی حرکت کنیم و طیف دیگری را اندازه بگیریم و همین طور الی آخر. اما اکنون به کمک کنترل‌کننده‌ی مهندسان می‌توانیم به سادگی، کل سطح را اسکن کنیم، درست مانند استفاده از یک میکروسکوپ نیروی اتمی معمولی. در حالیکه تصویربرداری از یک ملکول، 5 تا 6 ساعت زمان می‌برد، اکنون ما می‌توانیم نمونه‌ای با صدها ملکول را‌ تنها در یک ساعت، تصویربرداری کنیم.

روش جدید میکروسکوپی نقطه کوانتومی، چالش‌برانگیز است: آماده‌سازی اندازه گیری‌ها، زمان و تلاش زیادی را می‌طلبد و نقطه کوانتومی برای اندازه گیری باید از قبل، به نوک AFM متصل شود و این کار، فقط در خلا و دماهای پایین، امکان‌پذیر است. برعکس، AFMهای معمولی، بدون نیاز به خلا یا آماده‌سازی‌های پیچیده، و در دمای اتاق کار می‌کنند.

کاربردهای زیادی برای میکروسکوپ نقطه کوانتومی وجود دارد: صنایع الکترونیکی نیمه رسانا به سویی می‌روند که تشخیص حتی یک تک‌اتم می‌تواند باعث تفاوت عملکرد شود. برهمکنش الکتروستاتیک، نقش مهمی در مواد عاملی مانند بلورها ایفا می‌کند. تشخیص ملکول‌های زیستی، یکی دیگر از کابردهای بالقوه‌ی میکروسکوپ نقطه کوانتومی است. به دلیل فاصله‌ی نسبتا زیاد بین نوک و نمونه، روش میکروسکوپ نقطه کوانتومی برای سطوح زبر، مانند سطح ملکول DNA، مناسب است.


مشاهده مقاله اصلی در مجله
منبع: photonics

كلمات كليدي :
میکروسکوپ نقطه کوانتومی , حسگر کوانتومی
 
امتیاز دهی