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| 原子力显微镜尖端(棕色)测量它在水晶表面上推动一个钴原子(黄球)的力要多大 |
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| 原子力显微镜上的音叉测量此尖端和钴原子之间的相互作用力 |
据美国《纽约时报》报道,利用原子力显微镜(AFM),IBM科学家首次测量出了推动一个原子需要多大的力,结果是在光滑平坦的白金表面上推动一个钴原子的力只需大约13千万分之一盎司的重力。在铜表面推动一个同样的原子则更加容易,只须16亿分之一盎司的重力。
这是因为铜的“粘性”没有白金大,因此能更轻松地推动原子。这一基础性研究成果有助于未来设计出原子尺度的设备(比如计算机芯片和小型化存储装置)。科学家将这些微小发现发表在22日出版的《科学》杂志上。
自从位于加州圣何塞的IBM的阿尔马登研究中心的唐纳德-艾格尔在1989年用35个氙原子拼写出了“IBM”三个字母以来,IBM的科学家们就不断地“摆弄”着原子,以期探索出用单个原子来制造出特定结构和电子元件的方法。
此科学论文的作者、阿尔马登研究中心的物理学家安德里亚-赫恩里奇表示,准确知道推动原子所需的力“有助我们理解什么是可能的,什么是不可能的。新的研究成果是我们前进的垫脚石而绝非终点。”
在实验中,赫恩里奇等人用原子力显微镜的尖端来推动单个钴原子。为了精确测量力的大小,此尖端与一枚微型音叉(tuning fork,常见于石英手表中)绑在一起。科学家让此尖端每秒钟振动2万次,直到它接触到钴原子。当它推动钴原子时,音叉会像跳水板一样变弯曲,振动频率随之就会减弱。通过频率的这种变化,科学家就能计算出显微镜尖端与钴原子间的相互作用力。
其实,单个原子根本不会滚动,甚至极为光滑表面也并不光滑。相反,钴原子呆在一个个锯齿状的小栅格中,看起来像是在鸡蛋放鸡蛋盒里似的。当数十亿个原子相加时,这种阻力就会形成磨擦力,因此要推动钴原子得有外力帮助重新调整钴原子和表面的结合力。(尼特) |