کوی دانش - kooy

میکروسکوپی جدید برای سیستم‌های نانو

میکروسکوپی جدید برای سیستم‌های نانو
05 تیر
10:30 1394
پژوهشگران می‌تواند از خواص نوریِ نانوذرات‌های منفرد با استفاده از این میکروسکوپ جدید تصویربرداری کنند.

نمایی از روش جدید برای تصویربرداری از نانوذرات‌ها

پژوهشگران می‌توانند از خواص نوریِ نانوذرات‌های منفرد با استفاده از این میکروسکوپ جدید تصویربرداری کنند. موادِ نانو در بسیاری از زمینه‌های مرتبط با زندگی ما دارای نقشی ضروری هستند. بنابراین به دست آوردن دانش دقیق در مورد خواص نوریِ و الکترونیک آنها، بسیار مورد توجه است. میکروسکوپ‌های معمولی وقتی اندازه‌ی ذرات وارد محدوده‌ی کمتر از 10 نانومتر می‌شود، محدوده‌ای که یک ذره‌ی تک می‌تواند فقط سیگنال بسیار ناچیزی ایجاد می‌کند، دیگر کاربرد ندارند. در نتیجه، بسیاری از پژوهش‌ها به بررسیِ مجموعه‌ای بزرگ از ذرات محدود می‌شوند.

در حال حاضر، گروهی از دانشمندانِ بخشِ طیف‌بینیِ لیزری، تحت نظارت پروفسور Theodor W. Hänsch، روشی ابداع کرده‌اند که در آن از میکروحفره‌ی نوری برای ارتقاء سیگنال‌ها تا بیش از 1000 برابر و همزمان رسیدن به وضوح نوری، نزدیک به حدِ پراش اساسی استفاده می‌کنند. پروفسور Hänsch، مدیرِ مؤسسه مکس پلانک، نورشناسی کوانتومی و رئیس فیزیک تجربی در دانشگاه مونیخ است.

امکانِ مطالعه‌ی خواص نوریِ نانوذراتِ منفرد یا ملکول‌های بزرگ (ماکروملکول) در بسیاری از زمینه‌های زیست‌شناسی، شیمی و علوم نانو به صورت بالقوه دارای جذابیت است. اندازه‌گیریِ طیفی در گروه بزرگی از نانوذرات‌ها دچار این مشکل است که تفاوت‌های فردی در اندازه، شکل و ترکیب ملکولی در این نوع اندازه‌گیری قابل مشاهده نیستند و از بین می‌روند و فقط مقادیری که به صورت میانگین گرفته شده است قابل دسترسی هستند. بنابراین ایجاد روشی که به ذرات منفرد، حساس باشد بسیار مورد توجه بود.

دکتر دیوید هانگر، یکی از دانشمندانِ این پژوهش بیان داشت: «در این روش ما نور میله‌ای را برای تصویربرداری از درونِ تشدیدکننده‌ی نوری مورد استفاده قرار می‌دهیم. تشدیدکننده‌ی نوری جایی است که ده‌ها هزاربار می‌چرخد. این امر می‌تواند تعاملِ بین نور و نمونه را ارتقاء دهد و در نتیجه سیگنال به راحتی قابل اندازه‌گیری خواهد بود. برای میکروسکوپ‌های معمولی این سیگنال تنها یک‌میلیونیمِ قدرت ورودی دارد که به ندرت قابل اندازه گیری است. به علت عملکرد تشدید‌کننده، سیگنال تا 50 هزار بار ارتقاء می‌یابد.»

در این میکروسکوپ که توسط دکتر هانگر و گروه‌اش ساخته شده است، یک طرفِ تشدیدکننده از آینه‌ی مسطح ساخته شده است که همزمان به عنوان یک حامل برای نانوذرات‌های تحت بررسی عمل می‌کند. نقطه‌ی مقابل این آینه، یک آینه‌ی به شدت منحنی روی بخش انتهاییِ فیبر نوری است. نور لیزر از طریق فیبر نوری با تشدید‌کننده همراه می‌شود. آینه مسطح، نقطه به نقطه با توجه به فیبر حرکت می‌کند تا گام به گام بتواند روی ذره تمرکز کند. در همین زمان، فاصله‌ی بین هر دو آینه به شکلی تنظیم می‌شود که شرایط برای ظهورِ حالت تشدیدکننده فراهم باشد. این امر مستلزمِ دقت در محدوده‌ی یک‌تریلیونیمِ متر (10 به توانِ منفی 12 متر) است.

دانشمندان در اولین اندازه‌گیری از گویی طلایی با قطرِ 40 نانومتر استفاده کردند. هانگر گفت: «ذرات طلا به عنوان سیستم مرجع برای ما عمل می‌کنند زیرا ما می‌توانیم خواص آن را به شکلی دقیق محاسبه کنیم و از این طریق، اعتبارِ این روش اندازه‌گیری مشخص می‌شود. از آنجایی که ما خواص نوریِ دستگاه اندازه‌گیری خود را به دقت می‌دانیم می‌توانیم خواص نوریِ ذرات را از سیگنال انتقالی به شکل کمّی تعیین کنیم و آن را با محاسبات مقایسه کنیم.»

برخلاف دیگر روش‌ها که بر ارتقاء مستقیم سیگنال متکی هستند، زمینه نوری به محدوده‌ی بسیار کوچکی محدود است به طوری که با استفاده از حالت اساسی می‌تواند به وضوحِ فضاییِ 2 میکرونی دست یابد. با ترکیب حالت‌هایی با مرتبه بالاتر، دانشمندان توانستند وضوح را حتی تا 800 نانومتر افزایش دهند. توانایی تعیین کردنِ هر دو خواص جذب و پراکنده‌کردن در ذرات سیگنال به طور همزمان، نشان از قدرتمندی این روش دارد. به ویژه اگر ذرات کروی نباشند و برای مثال دراز و لاغر باشند، این امر جالب‌تر هم می‌شود. بدین ترتیب، مقادیر متناظر به جهتِ قطبی‌ شدنِ نور با توجه به محور تقارنِ ذرات بستگی دارد.

دانشجوی دکتری Matthias Mader گفت: «در این آزمایش ما از نانومیله‌های طلا (34 x25 x25 nm³) استفاده کردیم و مشاهده کردیم چگونه تشدید‌کننده با توجه به جهتِ قطبی‌شدن به صورت مکرر تغییر می‌کند. اگر قطبی‌شدن به موازاتِ محور میله، جهت می‌گیرد، به نسبتِ شرایطی که به صورت عمودی جهت بگیرد تغییرِ تشدیدکننده، بزرگتر خواهد بود. در نتیجه دو فرکانس متفاوتِ تشدید‌کننده برای هر دو قطب عمودی ایجاد می‌شود. این شکست نور را می‌توان بسیار دقیق اندازه‌گیری کرد و یک شاخص بسیار حساس برای شکل و جهت‌‌گیریِ ذرات خواهد بود.»

دکتر هانگر نیز بیان داشت: «با استفاده از این روش می‌توانیم برای مثال به انجام تحقیق روی پویایی زمانی در ماکروملکول‌ها مانندِ پویایی تاشوِ پروتئین بپردازیم. به طور کلی به نظر ما این روش دارای توانایی‌های بالقوه‌ی بسیاری از جمله توصیفِ صفات موادِ نانو و سیستم‌های نانو برای طیف‌بینیِ ساتع‌ کننده‌های کوانتومی است.»

درباره نویسنده

زهرا رضی یی

زهرا رضی یی

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

محققان راهی برای خودترمیمی کامپوزیتها در دمای بسیار پایین یافتند

دانشمندان روشی را توسعه داده اند که توسط آن موادی که عموماً در صنایع هوایی و ماهواره ها استفاده می شوند می توانند به خودترمیمیِ شکستها و خش های خود در دمای زیر انجماد بپردازند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

راه حلی مؤثر و کم هزینه برای ذخیره انرژی خورشیدی

چگونه می توان انرژی خورشیدی را برای استفاده در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد ذخیره کرد؟ یک راه حل تبدیل انرژی خورشیدی به هیدروژن توسط الکترولیز آب است. این ایده به این صورت است که از الکتریسیته ای که توسط انرژی خورشیدی (پنلهای خورشیدی) بدست می آید برای تجزیه ملوکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن استفاده شود. سپس هیدروژن خالص را می توان بعنوان منبع انرژی الکتریسیته ویا یک منبع سوختی استفاده کرد. اما دقیقاً همینجاست که موضوع پیچیده می شود. حتی با وجود فناوری های مختلفِ تولید هیدروژن و نتایج نوید بخش آزمایشگاهی، هنوز این روش بسیار ناپایدار و گران است و صرفاً برای استفاده های بزرگ تجاری دارای صرفه است. حال، رویکرد جدیدی توسط محققانِ سوئیسی عرضه شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
تولید سوخت از دی اکسید کربن

تولید سوخت از دی اکسید کربن

در مطالعه ای جدید که توسط دپارتمان انرژی آرگونه از لابراتوار ملی آمریکا و دانشگاه ایلینویز در شیکاگو انجام شد، محققان موفق به یافتن راهی شدند تا با کمک نور آفتاب، دی اکسید کربن را به یک منبع قابل استفاده انرژی تبدیل کنند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

قهوه جوشی با قابلیت کشت قارچ

اگر از زمره عاشقان قهوه هستید و در عین حال قارچ هم از چاشنی های همیشگی غذاهای شماست احتمالاً از همین الان تصمیم قطعی برای خرید این دستگاه را خواهید گرفت. این دستگاه جالب توسط آدریان پرز طراح بارسایی طراحی و تولید شده است. دستگاه های قهوه جوش صرفاً دو دهم درصد از قهوه را تبدیل به نوشیدنی می کنند و مابقی بصورت تفاله دور ریخته می شود. گرچه استفاده از تفاله قهوه بعنوان بستری برای پرورش قارچ موضوع جدیدی نیست ولی در پشت دستگاهی که در ادامه بررسی می کنیم تفکر خلاقانه ای وجود دارد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پیشرفت تکنولوژی پهپادها

پهپادها بزودی قادر خواهند بود همانند یک پرنده ویا یک حشره بالدار تصاویر محیط را دریافت کرده، پردازش نمایند و بدون نیاز به دخالت نیروی انسانی، رادار وحتی هدایت GPS ماهواره ای راه خود را بیابند. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
استخوانچه رکابی (استاپس) کودک نئاندرتال نشاندهنده تفاوت آناتومی با گونه های ما است

استخوانچه رکابی (استاپس) کودک نئاندرتال نشاندهنده تفاوت آناتومی با گونه های ما است

بقایای جدیداً ترمیم شده از یک حفاری صورت گرفته در طول 40 سال پیش، توانسته است این استخوانچه شنوایی را بازسازی کند.

مطالعه متن کامل
دوربین تولیدی DJI، امکانِ استفاده دوگانه از دوربین را هم روی یک پرنده بی سرنشین و هم بصورت دستی می دهد

دوربین تولیدی DJI، امکانِ استفاده دوگانه از دوربین را هم روی یک پرنده بی سرنشین و هم بصورت دستی می دهد

Inspire 1 در حالت دستی(تصویر بالا). دوربین 4K ،30 فلاش بر ثانیه ای که روی Inspire 1 نصب شده است نیز مثل بیشتر دوربین های قابل نصب روی پرنده های بی سرنشین مجهز به مکانیسم حلقه ای حفظ تعادل است. به این ترتیب، نه تنها کاربران قادر به تغییر زاویه و حرکت دوربین از راه دور خواهند بود، بلکه سطح دوربین نیز مثل مواقعی که روی پرنده بی سرنشین چهارموتوره متحرک قرار دارد، به صورت خودکار متوازن می ماند. اکنون شرکت سازنده یعنی DJI قصد دارد یک مدل دستی را از همین دوربین عرضه کند، در نتیجه دوربین Inspire 1 را (به همراه مکانیسم تعادل حلقه ای و سایر لوازمش) می توان علاوه بر نصب بر روی یک پرنده بی سرنشین برروی یک دسته مخصوص نیز نصب کرد.

مطالعه متن کامل
انگل های مخاطی عجیب وغریب در اصل عروس دریایی هستند

انگل های مخاطی عجیب وغریب در اصل عروس دریایی هستند

به گفته محققان، انگل های میکروسکوپی که صرفا چند سلول بزرگ هستند، در اصل عروس های دریایی می باشند که تا حد زیادی تغییر شکل فیزیکی پیدا کرده اند. بنا به گفته محققان این یافته می تواند تعریف قلمرو حیوانات را گسترش بدهد.

مطالعه متن کامل
مصرف روزانه یک گرم زرد چوبه در صبحانه حافظه را افزایش می دهد.

مصرف روزانه یک گرم زرد چوبه در صبحانه حافظه را افزایش می دهد.

افزودن تنها یگ گرم زردچوبه به صبحانه، برای حافظه کسانی که درمرحله پیش دیابت و خطرابتلا به اختلالات روانی می باشند می تواند موثر باشد. این یافته ها برای افراد مسن جهان که مستعد بروز بیماریهای دیابتی می باشند اهمیت فراوانی دارند و توجه داشته باشید که دیابت نیز به نوبه خودش باعث ایجاد بیماری های زوال عقل می شود.

مطالعه متن کامل
آمبولانس بی سرنشین  طرحی از آرگودیزاین (Argodesign) و امکان امدادرسانی سریعتر در شرایط اضطراری

آمبولانس بی سرنشین طرحی از آرگودیزاین (Argodesign) و امکان امدادرسانی سریعتر در شرایط اضطراری

کانسپت "آمبولانس بی سرنشین" از شرکت طراحی آرگودیزاین جهت نمایش در هفته نوآوری های طراحی بدنه fastcodesign ارائه شده است. این آمبولانس طرحی است برای نشان دادن اینکه در محیط های شهری و پرترافیک امروزی چگونه می توان امدادرسانی سریع تری را انجام داد.

مطالعه متن کامل