Die feinfühligste Waage

Gitarrensaiten klingen, je nach ihrer Spannung, unterschiedlich hoch. Nach dem gleichen Prinzip haben spanische Physiker die wohl empfindlichste Waage der Welt konstruiert. In dem von ihnen entwickelten Sensor fungiert ein winziges Röhrchen aus reinem Kohlenstoff als Saite. Seine Schwingungsfrequenz ändert sich messbar, sobald sich Atome darauf ablagern.

Bild: CSIC

Derart empfindliche Massesensoren könnten beispielsweise für Untersuchungen an einzelnen Zellen oder Biomolekülen eingesetzt werden, hoffen die Forscher um Adrian Bachtold vom Forschungszentrum für Nanowissenschaft und Nanotechnologie (CIN2) bei Barcelona. Vielleicht könnten mit ihrer Hilfe sogar Kernreaktionen in einzelnen Atomen verfolgt werden.

Herzstück des von Bachtold und Kollegen entwickelten Sensors ist ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einem Durchmesser von lediglich 1 Nanometer (Millionstel Millimeter). Dieses Röhrchen ist zwischen zwei Goldelektroden eingespannt und wird durch eine elektrische Wechselspannung zu Schwingungen angeregt. Deren Frequenz hängt unter anderem von der schwingenden Masse ab.

Wie sensibel diese Waage reagiert, untersuchten die Forscher, indem sie das Röhrchen einem Dampf aus Chromatomen aussetzten. Anhand der Veränderung der Resonanzfrequenz lassen sich schon bei Raumtemperatur Massenveränderungen von 25 Zeptogramm (Milliardstel Billionstel Gramm) messen, berichtet die Gruppe im Fachblatt “Nano Letters”. Nach Abkühlen des Sensors auf minus 268 Grad Celsius werden sogar Veränderungen von 1,4 Zeptogramm messbar - entsprechend rund 16.000 Chromatomen.

Diese Auflösung sei um den Faktor 5 besser als bei bisherigen Sensoren, so Bachtold und Kollegen. Den Grund für die höhere Leistungsfähigkeit ihres Instruments sehen sie in der großen Steifigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Dank dieser Eigenschaft sollten mit der “Nanogitarre” auch Messungen in der Größenordnung einzelner Atome möglich sein, glauben sie.

Forschung: Benjamin Lassagne, Daniel Garcia-Sanchez und Adrian Bachtold, Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia, Bellaterra, und Albert Aguasca, Departament de Teoria del Senyals i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona

Veröffentlichung Nano Letters, DOI 10.1021/nl801982v

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