Verdens tynneste "gitarstreng"
Forskere har laget en streng som er én million ganger tynnere enn en vanlig gitarstreng. Lyden den lager skal brukes til å veie molekyler, kanskje til og med enkeltatomer. - Fantastisk, sier Arnt Inge Vistnes.
Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
- Hvis metoden fungerer vil dette kunne åpne for en ny forståelse og for helt nye eksperimenter, sier førsteamanuensis Arnt Inge Vistnes ved Fysisk Institutt, Universitetet i Oslo.
BBC melder at forskere ved Cornell University har klart å lage en streng som bare er ti atomer tykk, det vil si mellom én og fire nanometer.
Sagt på en annen måte blir det mellom 0,1 og 0,4 milliontedels centimeter. Til gjengjeld er den 1 500 nanometer lang.
Streng av nanorør
Strengen er laget av et nanorør (nanotube) av karbon. Flaket med karbon som er brukt i nanorøret er bare ett atom tykt.
Dette flaket har forskerne rullet sammen til en sylinder som fungerer som en streng.
Det er imponerende at det i det hele tatt har vært mulig å lage denne strengen.
Kan brukes til å veie ting
I pressemeldingen fra Cornell tror man at strengen kan få praktiske anvendelser siden den kan stemmes i et vidt spekter av radiofrekvenser.
- Det er muligheten for at vi faktisk kan bli i stand til å bruke denne strengen til å veie ting, som pirrer mest for en vitenskapsmann, sier professor Paul McEuen.
McEuen er en av de som var med på å lage denne strengen.
Hvordan bruker man en streng til å veie?
- Hvis du forestiller deg at du hadde en gitarstreng, og så festet en liten vekt til den. Da ville strengen svinge litt saktere fordi den ekstra massen ville saktne den.
- Akkurat det samme vil skje på dette mikroskopiske nivået, selv om vår streng bare består av noen titusener med atomer.
- Derfor vil noen få ekstra atomer, kanskje til og med ett, kunne endre tonen nok til at vi kan oppdage det, sier McEuen.
Strengen er festet i begge ender akkurat som en vanlig gitarstreng.
Fingre blir i største laget
Annonse
Man kan selvfølgelig ikke bruke fingrene på en så mikroskopisk streng.
- Den har litt slakk, men vi kan bruke elektrisitet til å stramme den.
Strengen kan derfor bli stemt i forskjellige tonehøyder. Mer elektrisitet gir strammere streng og lysere toner.
Endringer i tonen angir massene
For å “spille” på strengen bruker man en vibrerende elektrisk spenning.
Tonene man får er mer enn 1 000 ganger for lyse til at menneskeører kan registrere dem, men det er mulig å måle dem. Studenten Vera Sazonova ved Cornell har vist at strengen selv kan brukes til å registrere dens egen bevegelse.
Da skal det også våre mulig å bruke frekvensendringene til å finne massen til molekylet man har festet til strengen.
Det hele er så følsomt at målingene utføres best i vakuum. Musikk og andre lyder kan også være nok til å forstyrre målingene.
De ultimate grenser
Tidligere har man klart å lage mikroskopiske silisiumstaver som kan veie bakterier og virus.
- Dette nanorøret er så mye mindre at følsomheten for masseendringer bør bli mye høyere. Vi utfordrer de ytterste grensene her, og vi vil kanskje kunne veie enkeltatomer.
- Fantastisk!
Annonse
En drøm
- Muligheten til å jobbe på enkeltmolekylnivå eller til og med enkeltatomnivå er jo for mange selve drømmen, sier førsteamanuensis Arnt Inge Vistnes.
Men hva er det som er fantastisk med å kunne veie molekyler? Er ikke vekten på molekyler og atomer kjent fra langt tilbake? Er det ikke massene vi finner for eksempel i det periodiske system? Er det ikke bare å legge sammen antallet partikler?
- Det er ikke så enkelt, sier Vistnes.
- Legger du sammen partiklene vil du få et litt galt svar.
- Massen er ikke nøyaktig lik summen av partiklene. Massen vil bli påvirket av den bindingsenergi som finnes mellom partiklene. Husk Einstein og Emc2.
Kan gjøre bildet langt klarere
- Tar du en klump av et materiale, vil du indirekte kunne finne gjennomsnittsvekten for molekylene. Men da vet du ikke verken hva de forskjellige isotopene veier, eller hvor mye det er av de forskjellige isotopene.
- Bildet blir langt klarere om man kan veie de forskjellige isotopene direkte og enkeltvis.
- Foreløpig vet vi ikke hvor nøyaktige målingene fra Cornell kan bli. Blir de i stand til å måle massen på enkeltmolekyler og enkeltatomer, vil det klart øke vår forståelse.
Kan åpne for helt nye eksperimenter
Annonse
- De siste årene har det kommet nye metoder som kan anvendes på enkeltatomer eller enkeltmolekyler.
- Dette kan gi oss et bedre bilde av hva som egentlig er årsaken til de statistiske variabiliteter vi ser når vi undersøker et større system. Skyldes det forskjeller mellom byggesteinene, eller skyldes det forskjeller inne i byggesteinene?
- Fungerer dette, vil metoden også åpne for nye eksperimenter vi foreløpig ikke har tenkt på en gang, sier Vistnes.
Lenker:
Nanophysics: Carbon nanotubes tune up
“Smallest guitar string to weigh atoms”:http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/3677410.stm
A tunable carbon nanotube electromechanical oscillator (V. Sazonova m fl)
