Какой термометр самый маленький? Нанотрубка, заполненная галлием, говорят японцы . Нет, одна молекула, отвечает ученый из Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ)!

Рис.1. Изображение молекулы при комнатной температуре.

Прогресс в области нанотехнологий требует развития локальных методик исследования вещества, в частности, определения локальной температуры. Ученый из московского ИТЭФа С.Зайцев предложил использовать для измерения температуры... отдельные молекулы. Идея такой молекулярной "термометрии состоит" в том, чтобы наблюдать за отдельной молекулой, адсорбированной на поверхности твердого тела, используя автоионную микросокпию.

Нейтральные молекулы, имеющие электрический дипольный момент, в зависимости от ориентации дипольного момента, перемещаются в неоднородном электрическом поле либо в сторону большего поля, либо в сторону меньшего поля. Этот эффект особенно ярко проявляется для молекул, обладающих большим дипольным моментом, таких как вода или нафталин, что и обусловило их использование в экспериментах. Эксперименты проводились с образцами в виде металлического острия из вольфрама или молибдена с диаметром на вершине 50 - 1000 нм. В вакуумную камеру напускался гелий (до давлений порядка 10^-3 Па) и очень малое количество паров воды или нафталина. Когда на острие подавалось напряжение, вблизи него образовывалась область с высоким градиентом поля. Отдельная молекула из пара высаживалась на острие. У свободного конца молекулы, осевшей на поверхность острия, напряженность поля была выше средней, там и происходила ионизация атомов "изображающего газа" (гелия). Положительные ионы гелия летели к заземленному экрану (на острие подавалось положительное напряжение) и создавали на нем изображение молекулы (перед экраном была установлена сборка из микроканальных пластин - ионно-электронных преобразователей, усиливающих яркость в 10⁸ раз).

Рис.2. Изображение молекулы при азотной температуре.

Российский ученый обнаружил, что, в зависимости от температуры, получаемое изображение молекулы сильно отличается (при одном и том же напряжении на острие). Характер изображения резко изменялся скачками при изменении температуры. Для примера на рис. 1 приведено изображение молекулы воды при комнатной температуре, а на рис. 2 при температуре кипения жидкого азота.

Хотя пока и нет окончательной ясности с природой наблюдаемого эффекта, полученные результаты весьма интересны и позволяют надеяться на то, что в будущем удастся создать достаточно надежную методику измерения локальной температуры нанообъектов с помощью отдельных ("тестовых") молекул, адсобированных на их поверхности.

Источник информации - бюллетень ПерсТ, выпуск 22 за 2002 г.

Е.Онищенко.