Jak zvážit jeden jediný atom?

Atomy tvoří základní stavební prvky hmoty a udávají jí velkou část jejích makroskopických vlastností. Zkoumat prvky a sloučeniny složené z atomů umějí vědci dávno. Jak ale vyzkoumat vlastnosti jednoho jediného atomu?

S tímto problémem si dnes dokáží vědci částečně poradit s pomocí uhlíkových nanovláken.

Uhlík je skutečným králem mezi prvky. Jakoby mu nestačilo, že umožňuje veškerý život na Zemi. V posledních letech je o něm čím dál více slyšet i nejrůznějších technologických odvětvích, jejichž společným jmenovatelem je předpona nano-.

Za nejperspektivnější materiál, který vykazuje řadu skutečně nečekaných až těžko uvěřitelných vlastností, je považována zvláštní forma čistého uhlíku, která svou strukturou ze všeho nejvíc připomíná obyčejnou tuhu – grafen.

„Tato vlákna jsou asi 1000 silnější než ocel a jsou také velmi dobrými vodiči tepla a elektrického proudu,“ říká o tomto materiálu prof. Pertti Hakonen z Technické university v Helsinkách. Hakonen je hlavou vědeckého týmu, který je známý pod zkratkou CARDEQ a pod patronátem Evropské unie v něm spolupracuje v něm řada vědců z nejvýznamnějších evropských institucí.

A jakou technologii tedy v CARDEQu používají? Jejich metoda je založena na zkušenosti, kterou má každý z nás, kdo se kdy snažil vyloudit nějaký zvuk z kytary či jiného strunného nástroje. Taková zkušenost nás poučuje, že struny o různé tloušťce kmitají s jinou frekvencí.

Jako vibrující struna, která má průměr jen několik nanometrů a je tedy více než 1000x slabší než lidský vlas, může být použito právě grafenové nanovlákno. Když se k takové nanostruně přiloží atom či molekula, změní se frekvence její vibrace.

Z této změny pak vědci mohou posoudit, jaké vlastnosti přiložený atom či molekula měly. Tato myšlenka není samo o sobě nijak revoluční – podobné postupy užívají i vědci v kalifornských laboratořích v Berkeley či na Caltechu.

Co je však nové je způsob, jakým vědci ve Finsku vibrace měřili. Z grafenového nanovlákna, které se za určitých podmínek může změnit v polovodič, vytvořili tranzistor. „Nanovlákno je současně vibrujícím elementem a současně čtecím zařízením v tranzistoru,“ říká prof. Hakonen. Vědci nyní umějí vážit nejen atomy těžších prvků (např. chromu), ale i menší a lehčí atomy, např. argonu. „Tato technologie by mohla vést časem ke zjištění hmotnosti jediného nukleonu, jako je např. proton či neutron,“ nahlíží do budoucnosti optimistický profesor Hakonen.