الخط الأول للجزيئات دون الذرية

يستخدم الفيزيائيون التداخل الإلكتروني كأساس لصور الهولوغرام النانوية

صورة عاكسة ثلاثية الأبعاد بالنانو بالأحرف الأولى SU لجامعة ستانفورد (أصفر: سطح نحاسي). أول أكسيد الكربون هو المسؤول عن "الثقوب" في النحاس. © جامعة ستانفورد
قراءة بصوت عال

حقق علماء علم النانو في جامعة ستانفورد رقما قياسيا جديدا في السباق على أصغر كتابة في العالم. أنها تولد فقط 0.3 نانومتر رسائل صغيرة من أنماط التداخل الكم على سطح النحاس. كما يكتبون في "Nature Nanotechnology" ، حتى يخلقون صورة ثلاثية الأبعاد صغيرة يمكن تصورها في المجهر.

منذ حوالي 50 عامًا ، شارك علماء النانو في منافسة مرحة لأصغر خط ممكن. جاء الزخم من عالم الفيزياء ريتشارد فاينمان في خطابه الأسطوري لعام 1959 "هناك مصنع للغرفة في القاع" ، حيث قال إنه لا توجد حواجز مادية تمنع الآلات والدوائر من أن تصبح صغيرة في يوم واحد يمكن. ثم قام Feynman بتسعير 1000 دولار لأولئك الذين يمكنهم إنتاج صفحة كتاب عادية أصغر بمقدار 25000 مرة. على هذا المقياس ، فإن موسوعة بريتانيكا بأكملها تناسب طرف الإبرة.

لم يحصل الفيزيائي على الجائزة المالية حتى عام 1985 ، عندما أنتج توم نيومان من جامعة ستانفورد الصفحة الأولى من كتاب تشارلز ديكنز "حكاية اثنين من سيتيت" باستخدام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون بالحجم المطلوب. استمر هذا السجل حتى عام 1990 ، عندما نجح الباحثون في شركة IBM للكمبيوتر في تكوين أصول شركاتهم من 35 من ذرات زينون مرتبة بشكل فردي.

رسائل من موجات الإلكترون

مع التقنية الموصوفة الآن في "تقنية النانو الطبيعية" ، استعادت جامعة ستانفورد الآن السجل. وقال هاري مانوهاران ، أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة ستانفورد ورئيس مجموعة الأبحاث: "لقد قللنا حجم الحروف بشكل كبير لدرجة انتهى بنا الأمر إلى أصغر نص في التاريخ". لهذا الغرض ، استخدم الباحثون مجهر المسح النفقي لمعالجة جزيئات أول أكسيد الكربون الفردية على سطح النحاس. على السطح ثنائي الأبعاد للإلكترونات النحاسية ، تصطدم بجزيئات أول أكسيد وتتصرف في شكل موجة وتشبه الجسيمات.

تتفاعل موجات الإلكترون مع الجزيئات وبعضها الآخر وتشكل أنماط تداخل محددة تختلف باختلاف موضع جزيئات أول أكسيد الكربون. من خلال تغيير ترتيب الجزيئات ، ابتكر العلماء أشكالًا مختلفة من الموجات الدائمة ، بما في ذلك الموجات التي شكلت فيها الأحرف "S" و "U" ، الأحرف الأولى لجامعة ستانفورد. عرض

الخط الفرعي الأول

هذه الأحرف ليست أصغر بأربعة أضعاف من "IBM" لذرات زينون فحسب ، بل إنها أيضًا أول من يتكون من وحدات أصغر من ذرة واحدة. يقول Manoharan: "ما مدى قربه من الممكن تشفير المعلومات على شريحة الكمبيوتر؟" "في المعتاد ، يُعتقد أن الذرة ، كقليل من المعلومات ، هي الحد النهائي ، وأنه لا توجد مساحة تحتها - بمعنى آخر ، أنه من المستحيل تقليص حجمها إلى ما دون مستوى الذرات."

"ولكن في هذه التجربة ، قمنا بتخزين حوالي 35 بت لكل إلكترون لتشفير كل حرف" ، يوضح مانوهاران. "ونكتب الحروف الصغيرة جدًا بحيث تكون البتات التي تتكون منها دون حجمها."

صورة ثلاثية الأبعاد في مقياس النانو

تشكل الحروف المتكونة من موجات الإلكترون أيضًا نوعًا من الهولوغرام: في صورة ثلاثية الأبعاد تقليدية ، يعمل ضوء الليزر الذي يضيء على صورة ثنائية الأبعاد على إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد. في التكنولوجيا الجديدة ، التي تسمى "التصوير المجسم الإلكتروني للكم" ، فإن نمط الإلكترون نفسه هو الذي يخلق صورة ثلاثية الأبعاد. يمكن إنشاء هذا بشكل انتقائي وتخزينه وقراءته مرة أخرى باستخدام مجهر المسح النفقي.

كميزة خاصة ، يمكن لأحد هذه الصور المجسمة أن يخزن العديد من الصور ، كل منها بطول موجي مختلف ، يشبه الصفحات المكدسة من كتاب. يقول مانوهاران: "لم يعد الحد بت واحد للذرة ، فهناك أفق جديد كبير في المنطقة دون الذرية. هناك مساحة "القاع" أكبر مما تخيلنا

(جامعة ستانفورد ، 02.02.2009 - NPO)