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碳纳米管被“激光镊子”牵鼻走

2007-07-20 17:15
月城清浅
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最近,科学家开发出用激光“抓住”碳纳米管并使之移动的新技术。这种技术可以为芯片制造工程师提供一种把纳米元件移动到预定位置的新方法,从而制造出以纳米管为基础的微型芯片。
  
直径只有几纳米、长约100纳米的碳纳米管具有半导体性能,这意味着碳纳米管可能在某天成为低功率超快速计算机芯片的基础。迄今,安装碳纳米管的惟一方法是利用一种名为原子力显微镜的昂贵设备,设法推动纳米管至预定位置,然而这种方法操纵起来十分费事。
  
为了改变这种状况,美国伊利诺伊州纽约大学的科学家和一家光学公司的科研人员试验了一种名为“光学捕获”的技术,试图更便利地操纵碳纳米管。光学捕获技术就是利用激光能捕获微小粒子的能力,在移动激光束时使微小粒子跟随激光移动。由于激光能捕获微小粒子,因此在它移动时就会像镊子一样,“夹”着微小粒子移动。科学家把这种现象称为“激光镊子”。现在生物学家已能用激光镊子夹住单个细胞。例如,从血液中分离出单个血红细胞用于研究镰刀状血红细胞贫血症或疟疾治疗研究。激光镊子能“夹”住微小粒子,是因为激光束中心强度大于边缘强度,因此当激光束照射一个微小粒子时,从中心折射的光线要比向前的光线多。
  
当折射的光线获得向外的冲力时,粒子上的反作用力就使冲力指向激光束中心,因此粒子总是被吸引到激光束中心。如果粒子非常小且具有很小的重力或摩擦力,当激光束移动时,粒子就会跟着移动。
  
然而,激光镊子移动的血细胞直径有几微米,但现在要移动直径仅2~20纳米的碳纳米管会麻烦得多。因此想利用单个激光镊子移动大量碳纳米管到一定位置,可能会与用原子力显微镜一样费事。
  
为此,科学家用一种液晶激光分离器把激光束分成200个可单独控制的小激光束,研究人员可以控制这些激光束使之形成三角形、四边形、五边形和六边形等形状,从而移动大量的纳米管群,使它们在显微镜载片表面定位,达到移动碳纳米管的目的。
  
光学捕捉技术的成功,受到美国加利福尼亚大学的纳米管专家、物理学家亚历克斯·泽特尔的称赞,他说,因为目前还没有一种可靠的技术能操纵大量的纳米管,而这种新的光学捕获技术有可能应用于工业。
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