Colgando de un hilo de los átomos, no es tan precario como suena. Los experimentos con nanoescala "puentes" de conexión de dos trozos de metal macroscópico, al mostrar que la conexión se vuelve más rígida cuando el número de átomos en el punto más estrecho se reduce a uno. La mayor rigidez, informó de 17 de junio en Physical Review B, de acuerdo con las expectativas de que las fuerzas de superficie debe dominar sobre las otras fuerzas como el ancho de conexión, al pasa por debajo y alrededor de un nanómetro. Los investigadores también demostraron que estas constricciones estrechas pueden deformarse bajo tensión, de una manera inesperada. Seguir trabajando en esta dirección puede mostrar cómo los efectos microscópicos, se combinan para generar a gran escala las propiedades del material.
Los ingenieros están comenzando a construir dispositivos con componentes que tienen las dimensiones atómicas. Los cables de un circuito de computadora, por ejemplo, tienen alrededor de 100 átomos de ancho, y sólo se volverá más pequeños. A medida que el tamaño se reduce, los investigadores necesitan entender los cambios que acompañan en las propiedades del material, al igual que la resistencia eléctrica y resistencia mecánica.
Duras profundo Chopra y sus colegas en la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo, han estado trabajando en formas para probar los parámetros físicos en la escala atómica. Se miraron los contactos de oro pequeños, que se desarrollan en un punto de oro fuerte, o "punta", se reúnen una superficie de oro plana. Estas conexiones, que puede ser tan delgadas como un átomo, en su punto más estrecho, presentan nuevas propiedades eléctricas y mecánicas.
Para estimar el número de átomos en el lugar más estrecho, los investigadores suelen aplicar una tensión y medir la conductividad eléctrica. Los experimentos anteriores han demostrado repentinos de la baja en esta conductancia en la punta y la superficie se separan, el adelgazamiento de la unión. Estos saltos se atribuyeron a la repentina reordenamientos atómicos [ 1 ]. El equipo Chopra, decidió investigar la mecánica de estos reordenamientos como el número de átomos, es muy variada de cientos a uno. "Firmeza es clave, ya que el objetivo es empujar y tirar de un solo átomo", dice Chopra.
Los investigadores aplicaron el estrés a sus contactos de oro, por el avance y la retracción de la superficie hacia y desde la punta en incrementos de 4 picómetros. La punta estaba unida a un brazo en voladizo que mide la fuerza y cualquier cambio en la duración del contacto. La relación de la fuerza para cambiar la longitud da la rigidez o la propiedad relacionada, el módulo de Young, que es una medida general de la respuesta de un material a una presión aplicada, independientemente del tamaño de la muestra.
A medida que el contacto se estrecha, una mayor fracción de los átomos en la superficie, y sus cortos, los bonos más dura - en comparación con las de los átomos internos - debe llevar a una mayor rigidez general y un mayor módulo. Los experimentos anteriores han visto en algunas pruebas de esto, pero estaban limitados en las escalas de longitud de estudio. El Grupo Chopra observó una mejora clara en el módulo por debajo de un ancho de un nanómetro. En el límite de un solo átomo de oro, el módulo crece hasta por lo menos el doble del módulo normal, el oro macroscópico, encontró el equipo.
El equipo también investigó el proceso subyacente de la saltos bruscos en la conductancia de que el trabajo anterior, se identificaron como una abrupta reorganización atómica. Con las mediciones de su precisión, el equipo de Chopra, fue capaz de detectar los saltos a la baja en la duración del contacto durante la compresión. Por ejemplo, cuando el punto más estrecho tenía menos de 20 átomos, la longitud ha cambiado por uno de los cuatro valores posibles: picómetros 49, 79, 88 o 98. El equipo encontró que estos saltos se corresponden con el movimiento esperado para detener los átomos de oro en un cristal que se ha roto a lo largo de un plano interno, en donde las dos piezas se deslizan entre sí.
"Los autores muestran que estos re-arreglos que no son al azar en la naturaleza (como se puede esperar), sino que siempre se producen en las unidades de las distancias de deslizamiento cristalográfico", dice Julia Greer, del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. Ella cree que esto impactará en nuestra comprensión de cómo a nivel atómico físico, influye en gran escala de propiedades mecánicas.Jan van Ruitenbeek de la Universidad de Leiden en los Países Bajos está de acuerdo. Él piensa que el comportamiento de los contactos entre los materiales metálicos a nanoescala podrían dar pistas sobre la fricción y el desgaste en estas superficies.
- Michael Schirber
Michael Schirber es un escritor de ciencia independiente en Lyon, Francia.
Referencias:
[1] G. Rubio, N. Agrait, y Vieira S., "de tamaño atómico contactos metálicos: Propiedades mecánicas y transporte electrónico," Phys..Rev. Lett. 76 , 2302 (1996) .
La mecánica cuántica y de conductores Sharvin
Jason N. Armstrong, Susan Z. Hua, y duras profundo Chopra
Phys..Rev. B 83 , 235422
(Edición del 17 de junio de 2011)
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