Новости науки 24.08.01. Механические свойства одноатомных золотых цепочек.

В связи с развитием нанотехнологии и методов работы с материалами на атомном масштабе большое значение приобретает исследование свойств наноструктур, поскольку понижение размерности может приводить к существенному изменению свойств материалов. В частности, для создания микромашин и иных наноприборов необходимо изучение механических свойств наноструктур. Группа испанских и датских ученых исследовала свойства золотых одноатомных цепочек и установила, что прочность связи между атомами в одноатомной цепочке превышает прочность связи в объемном материале примерно в два раза.

Рис.1. a и b - одновременное измерение проводимости и силы в процессе формирования и разрыва нанопроволоки, на вставке изображена схема эксперимента; по оси абсцисс - смещение иглы микроскопа. c - моделирование динамики процесса, стрелки показывают места на пилообразной кривой, соответствующие моментам, когда новый атом встраивается в одноатомную цепочку.

Проводимость одноатомной золотой цепочки близка к квантовому пределу 2e²/h, поскольку электронный транспорт идет через практически полностью открытый квантовый канал. Такое поведение проводимости дает возможность определять образование именно одноатомной золотой цепочки (было показано, что можно создавать одноатомные цепочки длиной до семи атомов). Для измерений использовался сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), дополненный силовым датчиком (вставка на рис.1a). Золотая нанопроволока формировалась между золотой иглой СТМ и золотой проволокой 0.125 мм диаметром и длиной 2 мм (консоль). Сила, действующая на нанопроволоку, измерялась с помощью дополнительного СТМ (работавшего в режиме постоянного тока), измеряющего смещение золотой консоли. Одновременно производились измерения проводимости и силы, действующей на консоль (рисунки 1a и 1b). Помимо экспериментов были выполнены теоретические расчеты, давшие величину силы, необходимой для разрыва связи в одноатомной золотой цепочке - 1.6 нН (усредненное экспериментальное значение - 1.5 нН), что примерно в два раза превышает значение силы, необходимой для разрыва отдельной связи для объемного материала.

Рис.2. Относительные смещения атомов в структуре (моделирование). На вставке схематически изображена сама структура - одноатомная цепочка между "электродами".

Интересно отметить еще один факт. Оказывается, чем тоньше нанопроволока, тем она жестче: для одноатомной золотой цепочки эффективный коэффициент упругой деформации примерно в пять раз выше, чем для "электродов" (неодноатомных "берегов" цепочки, см. вставку на рис.2). Причина такой необычной на первый взгляд ситуации заключается в том, что, во-первых, связи в цепочке прочнее, чем связи в более "объемоподобных" электродах и, во-вторых, в том, что в электродах атомы связаны с большим количеством соседей, чем в цепочке, и под действие силы происходит не столько непосредственное растяжение, сколько более сложное изменение положения атомов друг относительно друга.

1. G.Rubio-Bollinger, S.R.Bahn, N.Agrait et al. Phys.Rev.Lett. v.87, 026101 (2001).

Е.Онищенко.

Обсудить на форуме

На главную страницу

перейти к началу страницы