Puoi toccare una lampadina funzionante e sapere subito che fa caldo. Ahia! Ma non puoi toccare una singola molecola e ottenere lo stesso feedback.
I ricercatori della Rice University affermano di avere la prossima cosa migliore:un modo per determinare la temperatura di una molecola o del flusso di elettroni utilizzando la spettroscopia Raman combinata con un'antenna ottica.
Un nuovo articolo dal laboratorio di Douglas Natelson, un professore di fisica e astronomia di Rice, dettagli una tecnica che misura la temperatura delle molecole incastonate tra due nanofili d'oro e riscaldate dalla corrente applicata ai fili o dalla luce laser. Il documento è stato pubblicato questa settimana nell'edizione online di Nanotecnologia della natura .
Natelson, Il socio di ricerca post-dottorato Dan Ward e i loro colleghi hanno scoperto che mentre misurare il calore su scala nanometrica può essere molto più complicato che misurare la temperatura di oggetti macro, può essere fatto con un livello di accuratezza che sarà di interesse per la comunità dell'elettronica molecolare o per chiunque voglia sapere come funzionano il riscaldamento e la dissipazione su scale molto piccole.
"Quando ti occupi di realizzare piccoli dispositivi elettronici o piccole giunzioni, devi preoccuparti di come l'energia finisce sotto forma di calore, " Ha detto Natelson. "Nel caso di oggetti macroscopici, come il filamento di una lampadina, puoi collegare una termocoppia, un termometro, e misurarlo." Quando le lampadine si surriscaldano, brillano anche loro. "Se guardi lo spettro della luce che esce, puoi capire quanto fa caldo, " Egli ha detto.
Questa è una versione troppo semplificata di ciò che stanno facendo Natelson e Ward. Non si può vedere il bagliore di una molecola. Però, i ricercatori possono inviare la luce come una sonda e rilevare la lunghezza d'onda della luce che la molecola restituisce quando viene riscaldata. "Nella dispersione Raman, invii una luce che interagisce con il tuo obiettivo. Quando torna, o avrà più energia di quanta ne metti, o lo stesso, o meno. E possiamo vederlo e capire la temperatura effettiva di qualunque cosa stia disperdendo la luce".
Il nuovo lavoro segue un articolo pubblicato a settembre sulla creazione da parte del laboratorio di nano antenne che concentrano e ingrandiscono la luce fino a 1, 000 volte. Quel documento si concentrava sull'intensità della luce laser sparata in uno spazio tra le punte di due nanofili d'oro.
Questa volta, Natelson e Ward hanno sparso molecole - o oligofenilene vinilene o 1-dodecantiolo - sulla superficie di un nanofilo d'oro e poi hanno rotto il filo, lasciando un vuoto su scala nanometrica. Quando sono stati abbastanza fortunati da trovare molecole nello spazio vuoto - "il punto debole" è dove i fili metallici sono più vicini, Natelson ha detto che si accenderanno e leggeranno gli spettri risultanti.
Gli esperimenti sono stati condotti sotto vuoto con materiali raffreddati a 80 kelvin (-315 gradi Fahrenheit). I ricercatori hanno scoperto che potevano facilmente rilevare fluttuazioni di temperatura fino a 20 gradi nelle molecole.
A livello macro, Natelson ha detto, "Di solito stai guardando qualcosa che è essenzialmente freddo. Invii luce, scarica parte dell'energia nella cosa che stai guardando e la luce esce con meno energia di quando hai iniziato. Con la dispersione Raman, puoi effettivamente vedere particolari modalità vibrazionali molecolari."
Ma può accadere il contrario se gli atomi stanno già vibrando con l'energia immagazzinata. "La luce può afferrarne un po' ed uscire con più energia di quando è iniziata, " Lui ha spiegato.
L'effetto è più drammatico quando la corrente viene fornita attraverso i nanofili. "Mentre aumentiamo la corrente attraverso questa giunzione, possiamo osservare queste diverse vibrazioni tremare sempre di più. Possiamo vedere questa cosa riscaldarsi".
Natelson, nominato dalla rivista Discover nel 2008 come uno dei 20 migliori scienziati della nazione sotto i 40 anni, ha detto che gli esperimenti mostrano non solo come le molecole incastrate nel nanogap si riscaldano, ma anche la loro interazione con i fili metallici. "Le vibrazioni si presentano come picchi acuti negli spettri, " ha detto. "Hanno energie molto definite. Sotto tutto ciò, c'è questa sorta di macchia diffusa in cui la luce invece interagisce con gli elettroni nel metallo, i veri fili di metallo."
Natelson ha affermato che è estremamente difficile ottenere informazioni dirette su come funzionano il riscaldamento e la dissipazione su nanoscala. "Generalmente, non puoi farlo. C'è un sacco di modellismo, ma in termini di cose sperimentali puoi effettivamente misurare che ti dicono cosa sta succedendo, tutto è molto indiretto. Questa è un'eccezione. Questo è speciale. Puoi vedere cosa sta succedendo.
"Nel nostro esperimento di fantasia, diremmo, 'Ragazzo, Vorrei poter entrare con un termometro, ' o, "Vorrei poter vedere ogni molecola e vedere quanto trema." E questo è effettivamente un modo per farlo. Possiamo davvero vedere queste cose scaldarsi".
