Mérhető az atomok tömege

Az európai uniós CARDEQ (Carbon Nanotube Devices at the Quantum Limit, szén nanocső eszközök a kvantumhatáron) kutatói atomnyi vékony grafénszálakat – melyek közül a legvastagabb is ezerszer vékonyabb az emberi hajnál – néhány nanométer átmérőjű csővé tekertek össze. Nincsenek egyedül: a kaliforniai Berkeley-n és a Caltech-en szintén előállítottak hasonló műszereket, viszont a CARDEQ mért adatai tűnnek a legmeggyőzőbbnek.

A szén nanocsövek iránt az 1990-es évek óta tapasztalható élénk érdeklődés. Akkor mutatták ki, hogy a nanotechnológia bármely részterületén hasznosítható egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek: körülbelül ezerszer erősebbek az acélnál, nagyon jól vezetik a hőt és az elektromosságot. Húrokra emlékeztetnek, és mint minden húr, rezgésre képesek. Függő állapotban természetes, ha atomokat és molekulákat kapcsolunk rájuk, csökken a rezgési frekvenciájuk. Ezek a tények önmagukban nem számítanak újdonságnak, a projektet a rezgés és a frekvencia mérésére – a grafén félvezető tulajdonsága miatt – alkalmas kifinomult érzékelő rendszer teszi különlegessé.

A kutatók által tranzisztorba épített félvezető nanocső (ami egyszerre rezgő és mérőelem is) rendeltetése, hogy a rezgés modulálja a keresztülmenő áramot.

Abból az ötletből indultak ki, hogy párhuzamosan futtatnak három érzékelő-tervezetet, majd kiválasztják a legjobbat. Egy kiesett, így jelenleg kettőnél tartanak. Az egyik az egyszerű elektron átvitelen, a másik a térvezérelt (field effect) tranzisztoron alapul. Nehéz dönteni: előbbi jobban érzékel, utóbbi viszont gyorsabb.

Novemberben a projekt barcelonai résztvevői arról számoltak be, hogy egy nanocső érzékelte a rárakott krómatomok tömegét. Úgy vélik, kisebb atomok, például argon is kimutatható. Viszont a mérőeszköz még nem elég megbízható ilyen méretek rutinszerű érzékeléséhez. Ha hibátlanul működik, rövid ideig jól „látja" az argonatomot, ám amennyiben hosszasabban mérjük, nagyon felerősödnek a zavaró külső tényezők.

Az atom azonban nem jelenti a lehetőségek határát. Pertti Hakonen, a CARDEQ koordinátora szerint az atommagot alkotó részecskék, a nukleonok (protonok, neutronok) tömege is mérhető lesz. Problémát okozhat, hogy még pirinyóbb szintekhez nem elegendő a meglévő műszer finomítása, tökéletesítése, hanem komolyabb átalakítás szükséges.

Ha valóban sikerül elérniük a nukleon-szintet, lehetőség nyílik különböző típusú molekulák és atomok valósidejű mérésére, az atommag radioaktív hulladék-kibocsátásának, kvantummechanikai jelenségeknek a tanulmányozására. Ezeknél is izgalmasabbnak tűnik és molekuláris biológiai alkalmazásokat vetít előre kémiai és biológiai reakciók aprólékos nyomonkövetése – miként „viselkedik" egy atom vagy molekula a rezgő nanocsövön? Azaz, az élet alapfolyamatait tanulmányozhatjuk korábban soha nem látott részletességgel.

Minimum tíz év múlva – fűzi hozzá Hakonen. Merthogy az első komolyabb alkalmazásokra 2020 körül kerülhet sor.

„Sok függ a szén nanocsöves feldolgozó-technológia fejlődésétől" – nyilatkozta a kutató. – „Nem látom előre, mi fog történni, de szerintem a különböző rendszerekben, például fehérjékben végbemenő kémiai reakciók lesznek a legfontosabb alkalmazások."