(PhysOrg.com) - Genom att titta på hur energi rör sig över en liten enhet som liknar en fjäderbräda, Cornell -forskare är ett steg närmare att skapa utomordentligt små sensorer som direkt kan känna igen skadliga ämnen i luft eller vatten.

Forskarna, ledd av professor i tillämpad och teknisk fysik Harold Craighead, gjorde en enhet bara 200 nanometer tjock och några mikron lång med en oscillerande fribärande hängande i ena änden. (En nanometer är en miljarddel av en meter; en mikron är en miljonedel av en meter.) De identifierade exakt hur man ställer in dess känslighet-ett genombrott som kan leda till avancerad avkänningsteknik.

Experimenten detaljerade online 8 februari i Journal of Applied Physics visa hur dessa oscillatorer, som är nanoelektromekaniska system (NEMS), kan en dag göras till vardagliga enheter genom att ställa upp miljontals av dem och behandla varje cantilever med en viss molekyl.

"Det stora syftet är att kunna driva uppsättningar av dessa saker i direkt synkronisering, "sa författaren Rob Ilic, en forskningsassistent vid Cornell NanoScale Science and Technology Facility. "De kan funktionaliseras med olika kemier och biomolekyler för att upptäcka olika patogener - inte bara en sak."

Cantilever är som ett dykbräda som ger resonans vid olika frekvenser. I tidigare forskning har laget har visat att genom att behandla fribäraren med olika ämnen, de kan berätta vilka andra ämnen som finns. Till exempel, E. coli -antikroppar fästa vid fribäraren kan detektera närvaron av E. coli i vatten.

Forskarna har fulländat oscillatorernas design, Ilic sa:genom att lägga sin enhet ovanpå ett lager kiseldioxid, som alla vilar på ett kiselsubstrat. En kudde med hål förbinder pinnar av kiseldioxid, ställt upp som telefonstolpar, som så småningom slutar vid cantilever.

En laserstråle, slås på längst bort från cantilever, färdas ner i enheten och får oscillatorn att vingla. Frekvensen mäts sedan genom att skina en annan laser på oscillatorn och notera mönster i det reflekterade ljuset.

"Telefonstolparna" gör att energin kan röra sig effektivt över enheten genom att förhindra att den böjer sig eller sjunker. Designen gör det enkelt att läsa resonansfrekvensen för cantilever.

I denna process, forskarna upptäckte att över korta sträckor, energin från lasern kom i form av värme, som snabbt försvinner. Men när lasern parkerades hundratals mikron bort från fribärningen, energin kom i form av akustiska vågor som färdades genom enheten, försvann långsammare, och tillät dem att göra enheten längre.