نازک‌ترین بالون دنیا

نازک‌ترین بالون دنیا
محققان دانشگاه کرنل با استفاده از یک تودة گرافیتی، یک تکه از نوار اسکات(Scotch tape) و یک ویفر سیلیکونی؛ غشای بالون‌شکلی ساخته‌اند که تنها یک اتم ضخامت دارد. استحکام این بالون به حدی است که می‌تواند گازهایی با فشار چند اتمسفر را در خود نگهداری کند و در این فشار، حتی از خروج اتم‌های فرار هلیوم نیز جلوگیری می‌کند. این غشا می‌تواند به عرضة تعداد زیادی از فناوری‌های جدید بینجامد که از این میان می‌توان از روش‌های جدید تصویربرداری از مواد زیستی در محلول‌ها و روش‌هایی برای مطالعة حرکت اتم‌ها یا یون‌ها در درون حفره‌های میکروسکوپی نام برد.
گرافن که از آن به‌عنوان مقاوم‌ترین مادة دنیا یاد می‌شود، یک شبه‌فلز با ضخامت تنها یک اتم است. به عبارت دیگر، این ماده الکتریسیته را هدایت می‌کند؛ اما رسانایی آن با تغییر در محیط الکتروستاتیک اطرافش تغییر می‌کند.
سال‌ها قبل دانشمندان دریافتند که برای دستیابی به صفحات گرافنی تنها کافی است که نوار اسکات را بر روی گرافیت خالص چسباند، سپس نوار را جدا کرده، آن را بر روی یک ویفر دی‌اکسیدسیلیکونی چسباند. در نهایت با جدا کردن نوار از روی ویفر، یک پوشش گرافیتی با ضخامت یک تا حدود 12 لایه بر روی ویفر باقی می‌ماند و به این ترتیب دانشمندان قادر به شناسایی نواحی‌ای می‌شوند که دارای گرافنی با ضخامت یک تک‌لایه است.
کشف اخیر که در مرکز تحقیقات موادِ دانشگاه کرنل رخ داده را یکی از دانشجویان اسبق کارشناسی‌ارشد این دانشگاه به‌‌‌نام اسکات بانچ(که هم‌اکنون یک استادیار در دانشگاه کلورادو است) و یک پروفسور فیزیک کرنل به ‌نام پاول مک‌اون و همکارانشان از کرنل انجام داده‌اند.
این گروه برای آزمایش الاستیسیتة گرافن، آن را بر روی یک ویفر حفره‌دار نشاندند و به‌وسیلة این حفره‌ها، گازی را در درون میکرومحفظه‌های دارای پوشش گرافنی، محبوس کردند. سپس اختلاف ‌فشاری بین گاز بیرون و گاز درون میکرومحفظه ایجاد کردند و به کمک یک AFM دریافتند که این غشاهای گرافنی قادرند تا اختلاف‌ فشاری در حد چند اتمسفر را بدون پاره ‌شدن تحمل کنند. آنها مشاهده کردند که هلیوم(که دارای کوچک‌ترین مولکول‌های گاز است) حتی در فشارهای چند اتمسفری، قادر به نفوذ از میان جدارة گرافنی نیست؛ این در حالی است که اتم هلیوم حتی از حفره‌ای با مقیاس اتم نیز به‌راحتی فرار خواهد کرد.
مک‌اون اظهار داشت که چنین غشایی می‌تواند کاربردهای بسیار متنوعی داشته باشد؛ به‌عنوان مثال دانشمندان قادرند تا به کمک آن از مواد زیستی درون محلول تصویربرداری کنند(با استفاده از یک جدارة نامرئی و بدون تماس میکروسکوپ با محیط تَر)، همچنین دانشمندان می‌توانند حفره‌های اتم‌مقیاسی در این غشا ایجاد کرده و با استفاده از این سیستم، نحوة عبور اتم‌ها یا یون‌های منفرد از خلال شکاف را مطالعه کنند.
مک‌اون گفت:«می‌توان از این ابزار به‌عنوان معادلِ مصنوعی یک کانال یونی در زیست‌شناسی بهره گرفت». وی با اشاره به اینکه می‌توان خصوصیات یک اتم را با مشاهدة اثرات آن بر روی این غشا تعیین کرد، افزود:«شما از یک سیستم ماکروسکوپی برای تعیین خصوصیات یک تک‌اتم بهره می‌گیرید و به این شکل، فرصت‌های جدیدی برای ساخت تمام انواع حسگرهای تک‌اتمی ایجاد می‌شود.»
نتایج این تحقیق در نشریة Nano Letters به چاپ رسیده‌است.
منبع: نانو تکنولوژی