เส้นใยนาโนที่มีคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Nanowire) ส่งสัญญาณถึงความน่าตื่นเต้นครั้งใหม่

กลุ่มนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน ได้ร่วมกันสร้างอุปกรณ์แทรกสอดระดับควอนตัม (quantum interference device) ขึ้นมาโดยวิธีการนำโมเลกุลของดีเอ็นเอคู่หนึ่งมาเคลือบด้วยสสารที่มีคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวด ผลที่ได้คือ เส้นใยนาโนที่มีคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวด (Superconducting Nanowire) ซึ่งค่าของความต้านทานของมันแปรผันขึ้นๆลงๆ ตามค่าความเข้มของสนามแม่เหล็ก อเล็กซี่ เบซรี่อาดิน กับกลุ่มนักวิจัยของเขา ที่ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลับอิลลินอยส์ วิทยาเขตเออบานา แชมเปญ มลรัฐอิลลินอย์ สหรัฐอเมริกาได้ร่วมกันสร้างอุปกรณ์ชิ้นหนึ่ง ด้วยวิธีการจัดเรียงโมเลกุลดีเอ็นเอสองโมเลกุลบนแผ่นชิพซิลิกอนให้อยู่ระหว่างร่องที่มีขนาดความกว้าง 100 นาโนเมตร โดยร่องนี้เกิดจากการกัดกร่อนให้เป็น ซิลิกอนไนไตรด์และชั้นบางๆของ ซิลิกอนไดออกไซด์บนแผ่นชิพซิลิกอน หลังจากจัดเรียงดีเอ็นเอทั้งสองเรียบร้อยแล้ว พวกเขาก็ทำการเคลือบมันด้วยสารอัลลอยด์ที่เป็นส่วนผสมของโมลิบดินัมและเจอมาเนียม (Mo21Ge79) โดยใช้วิธีการสปัทเตอรริง ผลที่ได้คือเส้นใยนาโนที่มีคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดที่สภาวะอุณหภูมิต่ำ และค่าความต้านทานของมันจะลดลงเป็นอัตราส่วนเลขยกกำลังกับค่าอุณหภูมิ คุณสมบัติที่ว่านี้ จะไม่แสดงออกในเส้นใยนาโนทั่วไป เดิมที กลุ่มวิจัยของอเล็กที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยล์ ได้ตั้งใจจะสร้างเครื่องมือดังกล่าวขึ้นเพื่อศึกษาปรากฏการณ์ การสั่นแบบ Little-Park แต่ทว่าพวกเขากลับได้ค้นพบบางอย่างที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง เส้นใยนาโนที่เขาสร้างขึ้นมา เมื่ออยู่ในสภาวะที่สนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ จะแสดงคุณสมบัติต้านทานการนำไฟฟ้าในช่วงค่าอุณหภูมิที่กว้าง อย่างไรก็ดี เมื่อสนามแม่เหล็กเริ่มมีค่าไม่เป็นศูนย์ ค่าความต้านทานของเส้นใยนาโนนี้จะเปลี่ยนแปลงขึ้นๆลงๆ แบบปกติและแบบไม่ปกติ พวกเขาได้พยายามศึกษาสาเหตุและคุณสมบัติของปรากฏการณ์ดังกล่าว โดยทำการเปลี่ยนรูปทรงทางเลขาคณิตของเส้นใยนาโน ทั้งปรับค่าความกว้างของหน้าตัดของเส้นใยกับระยะห่างระหว่างเส้นใยทั้งสองเส้นและทดสอบคุณสมบัติต่างๆดู พอล โกลด์บาท หนึ่งในสมาชิกทีมวิจัย ได้อธิบายว่า “สนามแม่เหล็กก่อให้เกิดการไหลวนเล็กน้อยของกระแสเล็กน้อยตามบริเวณขอบร่องที่มีขนาดนาโนบนแผ่นซิลิคอนชิพ ซึ่งการไหลของกระแสดังกล่าวได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของเส้นยานาโนอย่างมาก” พอลอธิบายเพิ่มเติมอีกว่า “ค่าความเข้มของกระแสนี้จะถูกควบคุมโดยตัวแปรสองอย่างเท่านั้น นั่นก็คือค่าความเข้มของสนามแม่เหล็กและความกว้างของขอบร่องที่เส้นใยนาโนถูกจัดวางตัวอยู่” ทีมนักวิจัยนี้ได้เสนอแนะการนำไปประยุกต์ใช้งานของอุปกรณ์ที่พวกเขาสร้างขึ้นไว้ว่า ถ้านำอุปกรณ์ซึ่งมีปฏิกิริยาตอบสนองที่ไวต่อสนามแม่เหล็กนี้ ไปประยุกต์ใช้ใน Scanning Probe Microscope จะทำให้เราสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงค่าความเข้มสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยมากๆได้ นอกจากนี้ ถ้านำอุปกรณ์นี้ไปประยุกต์ใช้เป็น gradiometer จะทำให้เราสามารถวัดคุณสมบัติความเป็นระเบียบของสสารในวัสดุที่มีคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดได้อีกด้วย ข้อมูลจาก ฟิสิกส์เว็บ - http://www.physicsweb.org/articles/news/9/6/12/1 ข้อมูลเพิ่มเติม -โฮมเพจของหัวหน้ากลุ่มวิจัย อเล็กซี่ เบซรี่อาดิน http://www.physics.uiuc.edu/People/Faculty/profiles/Bezryadin/ -โฮมเพจของหนึ่งในสมาชิกทีมวิจัย http://w3.physics.uiuc.edu/~goldbart/index.html เว็บองค์กรนาโนเทค http://www.nanotechweb.org/ เกี่ยวกับเส้นใยนาโน - คำจำกัดความของคำว่า Nanowire ใน Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Nanowire - สถาบันวิจัยนาโนเทค NEC ที่เมืองปรินซ์ตัน สหรัฐอเมริกา http://www.neci.nj.nec.com/ ภาพข้างบนสุดคือเส้นใยนาโนที่ทำจากอะตอมของเงิน (Ag) วางพาดเชื่อมต่อวัสดุบ่อเก็บที่เป็นตัวนำยิ่งยวด เส้นใยนาโนนี้มีความหนา 50 นาโนเมตร กว้าง 100 นาโนเมตร และยาว 50 ไมโครเมตร