I atomär skala, den minsta guldbron - den gjord av en enda atom - är faktiskt den starkaste, enligt ny forskning av ingenjörer vid University at Buffalo's Laboratory for Quantum Devices.

Det kontraintuitiva fyndet är resultatet av experiment som undersökt egenskaperna hos guldhalsar i atomskala som bildades när de spetsiga, guldspetsen på en cantilever trycktes in i en lägenhet, guldyta. En undersökning av dessa små, guldbroar avslöjade att de var styvare när de bara bestod av en enda atom.

Studien publicerades i juni i Fysisk granskning B av en trio av UB-forskare:postdoktor Jason Armstrong och professorerna Susan Hua och Harsh Deep Chopra, allt på UB:s institution för maskin- och rymdteknik. Stöd för arbetet kom från National Science Foundation-anslag nr. DMR-0706074 och nr. DMR-0964830.

När ingenjörer vill bygga enheter som datorkretsar med allt mindre delar, det är viktigt att lära sig mer om hur små komponenter som består av en enstaka atom eller ett fåtal atomer kan bete sig. De fysiska egenskaperna hos gadgets i atomskala skiljer sig från de hos större, "bulk" motsvarigheter.

"Vardaglig intuition skulle tyda på att enheter gjorda av bara ett fåtal atomer skulle vara mycket mottagliga för mekaniska krafter, " sade laget. "Denna studie finner, dock, att materialets förmåga att motstå elastisk deformation faktiskt ökar med minskande storlek."

En annan observation som laget gjorde när de studerade de små guldhalsarna:plötsliga atomförskjutningar som inträffar när guldspetsen och ytan dras isär är inte godtyckliga, men följ väl definierade kristallografiska regler. Fler vetenskapliga höjdpunkter i arbetet sammanfattas i Physical Review Focus of the American Physical Society.

UB:s laboratorium för kvantenheter, ledd av Chopra och Hua, arbetar med att kartlägga utvecklingen av olika fysikaliska egenskaper hos material - inklusive mekaniska, magnetiskt och magnetiskt transportbeteende - när provstorlekar växer från en enda atom till bulk.

Denna komplicerade uppgift kräver teknik som kan fånga en enda eller några atomer mellan proberna, och ytterligare trycka och dra på atomerna för att studera deras svar.

Den sofistikerade tekniken som Armstrong, Hua och Chopra uppfanns och byggdes för att utföra forskningen licensierades nyligen till Precision Scientific Instruments Inc., ett nystartat företag i västra New York grundat av ledarna för Murak &Associates LLC, en managementkonsultverksamhet; SoPark Corporation, en tillverkare av elektroniktjänster (ESM); och PCA-gruppen, Inc., en konsultfirma som erbjuder totala tekniska lösningar.

"Instrumenten och metoderna är otroligt exakta och kan deformera provet på piometerskalan (cirka 100 gånger mindre än en atom), vilket betyder att bokstavligen sträcka bindningslängderna, och samtidigt mäta krafterna på piconewton -nivån, samt diverse andra fastigheter. Som ett mycket brett perspektiv, genom att göra det möjligt för forskare att undersöka de mycket små, tekniken kan påskynda framsteg inom områden som sträcker sig från satellitkommunikation till sjukvård, sa Gerry Murak, VD och grundare av Precision Scientific Instruments, Inc.

"Små är spännande, och enheter i atomär skala är teknikens nya gräns. Metrologisystem som kan undersöka beteendet hos enheter i atomär skala behövs i hög grad, och denna teknik ger oss en unik plattform, sa Murak.