Un gruppo di ricercatori dalla Russia, Bielorussia e Spagna, tra cui il professore dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca Yury Lozovik, hanno sviluppato un sensore di forza microscopico basato su nanotubi di carbonio. Il dispositivo è descritto in un articolo pubblicato sulla rivista Scienza computazionale dei materiali ed è disponibile anche come preprint.

Gli scienziati hanno proposto di utilizzare due nanotubi, uno dei quali è un lungo cilindro con doppie pareti spesse un atomo. Questi tubi sono posizionati in modo che le loro estremità aperte siano opposte l'una all'altra. La tensione viene quindi applicata a loro, e una corrente di circa 10 nA scorre attraverso il circuito.

Le pareti dei tubi in carbonio sono buoni conduttori, e lungo lo spazio tra le estremità dei nanotubi la corrente scorre grazie all'effetto tunnel, che è un fenomeno quantistico in cui gli elettroni passano attraverso una barriera considerata insormontabile nella meccanica classica.

Questa corrente è chiamata corrente di tunneling ed è ampiamente utilizzata nella pratica. Ci sono, Per esempio, diodi tunnel, in cui la corrente scorre attraverso la barriera potenziale della giunzione p-n.

Un altro esempio è un microscopio a effetto tunnel (STM), in cui la superficie di un campione viene scansionata con un ago molto appuntito sotto tensione. L'ago scorre lungo la superficie, e l'ampiezza della corrente che lo attraversa mostra la distanza dal campione con una tale precisione che l'STM può rilevare sporgenze alte un atomo.

Gli autori dell'articolo hanno utilizzato la relazione tra la corrente di tunneling e la distanza tra le estremità dei nanotubi per determinare la posizione relativa dei nanotubi di carbonio e quindi per trovare l'entità della forza esterna esercitata su di essi.

Il nuovo sensore consente di controllare in modo abbastanza accurato la posizione dei cilindri coassiali nei nanotubi a due strati. Di conseguenza, è possibile determinare l'allungamento di un oggetto in scala n, a cui sono attaccati gli elettrodi. I calcoli effettuati dai ricercatori hanno mostrato la possibilità di registrare forze di pochi decimi di nN(10-10newton). Per renderlo più chiaro, un singolo batterio pesa in media circa 10-14 newton, e una zanzara pesa poche decine di mcN (10-5 N).Tuttavia, il dispositivo sviluppato dai fisici può trovare applicazione oltre le micro scale.

Un nanotubo coassiale a doppio strato è simile a un cilindro microscopico con un pistone scorrevole. Un tale sistema è già stato considerato da numerosi altri ricercatori come una parte potenziale per vari tipi di nanomacchine. I nanotubi sono stati proposti per il ruolo di micromanipolatori, o "borchie" di collegamento per meccanismi complessi, e possono anche essere utilizzati per l'archiviazione dei dati; la posizione del "pistone" interno può codificare un bit di informazione o più.

Per di più, calcoli hanno dimostrato che è possibile creare un dispositivo combinato, dove all'interno di un nanotubo di carbonio a due strati ci saranno fullereni magnetici. Quando posto in un campo magnetico, emergerà un potere, che potrebbe essere misurato dai cambiamenti nella grandezza della corrente di tunneling. Questo convertirà il sensore di forza in un sensore di campo magnetico.