Only Perception: 以光控制奈米開關

2007-11-27

以光控制奈米開關

Nanoswitches Toggled by Light
http://www.physorg.com/news115281128.html

November 26, 2007

在微小結晶體中的小裂隙 -- 可按照命令 -- 開或關。由 Ahmed H. Zewail 所領導的團隊成功地使用超快電子顯微鏡（UEM），在奈米尺度下觀察到結構，如同他們在 Angewandte Chemie 期刊中所報告的一樣，進行它們的「活動」。像這種可開關的奈米通道，對於未來的奈米電子學或奈米尺度的「機器」將很有用。

Zewail 極其在加州理工的團隊，因他們在超快科學與技術當中的研究而聲譽卓著。Zewail 在 1999 年因開發超快雷射技術而獲得諾貝爾化學獎，該技術能揭露一個化學反應中，單一原子在分子內的移動。

Zewail 實驗室最近湧現的發展是超快電子顯微鏡。這項技術是將飛秒光學系統（一飛秒是 10^-15 秒）與高解析度電子顯微鏡結合而成；其成果是一種新工具，不管是在時間或空間上都有極高的解析度。

Zewail 及其團隊現在發現，銅的針狀微結晶體（微晶）與有機化合物 TCNQ（7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, C12H4N4），一種結晶體，類似一維的半導體，展現出光機械（optomechanical）現象，那可應用在奈米電子學中。

該研究證實，這些結晶體以顯微鏡中的雷射脈衝照射（irradiation），會延伸出來變得更長（而非更寬）。如果照射被關閉，它們會收縮至原本大小。這種效應在這些針狀結晶其中之一，被短而強烈的雷射脈衝衝擊至破裂時最為顯著：某些碎片會在破裂時形成 10 - 100 奈米的形狀。當結晶體在照射下延長時，這個奈米尺度的通道會關閉；在收縮時，它又會出現。這種現象，如同 UEM 所證實的，可以逆轉。

為何這些微材料會在光線下伸展？在結晶體內，帶負電的 TCNQ 離子經過安排，以致於它們在中央的、平坦的、有六個成員的環，會沿著針狀結晶的長邊頂端互相堆積起來。雷射脈衝的能量會刺激電子；部份能量被傳送，導致未帶電的 TCNQ 分子產生。對未帶電的 TCNQ 來說，這種堆疊安排不再有利，它們現在需要更多空間，導致結晶體變得更長。延長的程度端看所吸收能量的強度。

"我們基礎的現場 UEM 觀測，揭露奈米尺度物質在空間與時間中的行為，開啟了探索新領域，尤其是材料科學，奈米技術與生物學，" Zewail 說。

※ 相關報導：

＊ Angewandte Chemie International Edition
http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/116839180/ABSTRACT?CRETRY=1&SRETRY=0

David J. Flannigan, Dr., Vladimir A. Lobastov,
Dr., Ahmed H. Zewail, Prof. Dr.
Angewandte Chemie International Edition 2007, 46,
No. 48, 9206–9210, Published Online: 6 Nov 2007
doi: 10.1002/anie.200704147