Op atomaire schaal, de kleinste brug van goud -- die gemaakt is van een enkel atoom -- is eigenlijk de sterkste, volgens nieuw onderzoek door ingenieurs van de Universiteit van Buffalo's Laboratory for Quantum Devices.

De contra-intuïtieve bevinding is het resultaat van experimenten die de kenmerken onderzochten van gouden halzen op atomaire schaal die werden gevormd toen de puntige, gouden punt van een cantilever werd in een flat geduwd, gouden oppervlak. Een onderzoek van deze kleine, gouden bruggen onthulden dat ze het stijfst waren als ze slechts een enkel atoom bevatten.

De studie werd in juni gepubliceerd in Fysieke beoordeling B door een drietal UB-onderzoekers:postdoctoraal fellow Jason Armstrong en professoren Susan Hua en Harsh Deep Chopra, allemaal in de afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de UB. Ondersteuning voor het werk kwam van National Science Foundation-beurzen nr. DMR-0706074 en nr. DMR-0964830.

Terwijl ingenieurs apparaten zoals computercircuits willen bouwen met steeds kleinere onderdelen, het is van cruciaal belang om meer te weten te komen over hoe kleine componenten bestaande uit een enkel atoom of een paar atomen zich zouden kunnen gedragen. De fysieke eigenschappen van gadgets op atomaire schaal verschillen van die van grotere, "bulk" tegenhangers.

"De dagelijkse intuïtie zou suggereren dat apparaten gemaakt van slechts een paar atomen zeer gevoelig zouden zijn voor mechanische krachten, " zei het team. "Deze studie vindt, echter, dat het vermogen van het materiaal om elastische vervorming te weerstaan, in feite toeneemt met afnemende grootte."

Een andere observatie die het team maakte tijdens het bestuderen van de kleine gouden nekken:abrupte atomaire verplaatsingen die optreden als de gouden punt en het oppervlak uit elkaar worden getrokken, zijn niet willekeurig, maar volg welomschreven regels van kristallografie. Meer wetenschappelijke hoogtepunten van het werk zijn samengevat in de Physical Review Focus van de American Physical Society.

UB's Laboratorium voor Quantum Apparaten, geleid door Chopra en Hua, werkt aan het in kaart brengen van de evolutie van verschillende fysieke eigenschappen van materialen - inclusief mechanische, magnetisch en magneto-transportgedrag - naarmate de steekproefomvang groeit van een enkel atoom tot bulk.

Deze gecompliceerde taak vereist technologie die in staat is om één of enkele atomen tussen sondes te vangen, en verder duwen en trekken aan de atomen om hun reactie te bestuderen.

De geavanceerde technologie die Armstrong, Hua en Chopra uitgevonden en gebouwd om het onderzoek uit te voeren, werd onlangs in licentie gegeven aan Precision Scientific Instruments Inc., een West-New York start-up bedrijf opgericht door de leiders van Murak &Associates LLC, een managementadviespraktijk; SoPark Corporation, een fabrikant van elektronicadiensten (ESM); en de PCA-groep, Inc., een adviesbureau dat technologische totaaloplossingen biedt.

"De instrumenten en methoden zijn ongelooflijk nauwkeurig en kunnen het monster vervormen op de schaal van de picometer (ongeveer 100 keer kleiner dan een atoom), wat letterlijk betekent dat de bindingslengtes worden uitgerekt, en tegelijkertijd de krachten te meten op het piconewton-niveau, evenals diverse andere eigenschappen. Als een zeer breed perspectief, door onderzoekers in staat te stellen de zeer kleine, de technologie zou de vooruitgang kunnen versnellen op gebieden variërend van satellietcommunicatie tot gezondheidszorg, " zei Gerry Murak, president en medeoprichter van Precision Scientific Instruments, Inc.

"Klein is spannend, en apparaten op atomaire schaal vormen de nieuwe grens van technologie. Metrologische systemen die het gedrag van apparaten op atomaire schaal kunnen onderzoeken, zijn hard nodig, en deze technologie geeft ons een uniek platform, ' zei Murak.