Механические резонаторы широко используются для “взвешивания” небольшого количества адсорбированного на них вещества. Принцип действия таких устройств основан на уменьшении частоты колебаний при увеличении массы адсорбента.

В отличие от стандартных масс-спектрометров, они не требуют предварительной ионизации частиц и позволяют определить именно массу, а не отношение массы к заряду. Их чувствительность тем выше, чем меньше масса самого резонатора. Обычно для изготовления нанорезонаторов используют литографию и травление. При этом, однако, они остаются довольно крупными по меркам наномира: их минимальные поперечные размеры составляют десятки нанометров, что не позволяет взвесить, например, одну биологическую макромолекулу. Американские специалисты из University of California at Berkeley и Lawrence Berkeley National Laboratory сконструировали “нановесы” [1], в которых функцию резонатора выполняла углеродная нанотрубка длиной 254 нм и диаметром около 2 нм (см. рис.).

Изменение частоты колебаний нанотрубки пропорционально массе адсорбированных атомов

Один конец нанотрубки жестко фиксировали на отрицательном электроде, а другой располагали на небольшом расстоянии d от положительного электрода. Поскольку ток автоэмиссии I чрезвычайно чувствителен к величине d, то соответствующая модуляция напряжения на электроде приводит к колебаниям нанотрубки, которые, в свою очередь, изменяют I.

Эксперимент проводили в сверхвысоком вакууме при комнатной температуре. Чувствительность устройства при определении суммарной массы адсорбированных на нанотрубке атомов золота составила 1.3×10^-25 кг×Гц^-1/2, что эквивалентно 0.4MAu×Гц^-1/2, где M_Au – масса одного атома золота. Предыдущий рекорд чувствительности улучшен сразу на четыре порядка.

Л. Опенов

• 1. K.Jensen et al., Nature Nanotechn. 3, 533 (2008).