装置用于检测亚原子尺度运动可以帮助机器人，安全

美国国家标准和技术协会 (NIST) 的科学家有开发新的设备，措施几乎难以想象小 — — 穿越距离超级微小粒子的运动少于一个氢原子的直径或少于百万分之一人类头发的宽度。不仅可以手持设备感以前所未有的精度，其小部分原子尺度运动的研究者们设计了一种方法大规模生产高度敏感的测量工具。
 
示意图显示激光光与电浆间隙谐振腔，在 NIST 旨在以前所未有的精度测量纳米颗粒的纳米尺度运动的微型器件相互作用。入射激光束 （粉红色梁左端） 罢工谐振器，由金气隙隔开的两层组成。顶尖的金层嵌入数组小悬臂 （紫） — — 振动设备类似于微型潜水板中。当悬臂移动时，它改变了空气间隙，反过来，改变激光光源的强度，反映了从谐振器的宽度。调制的光波揭示了微型悬臂梁的位移。(图像︰ 布莱恩 Roxworthy/NIST)
 
当运动部件上的纳米，规模或十亿分之一米是相对容易衡量的大型物体的小小的动作，但困难得多。能够准确地测量微小位移的微观机构已经在遥感微量的有害生物或化学制剂、 完善微型机器人的运动，准确地部署安全气囊和检测极弱的声波穿过薄膜中的应用。
 
NIST 物理学家 Brian Roxworthy 和弗拉基米尔 · Aksyuk 描述他们的工作 （链接是外部的） 在 2016 年 12 月 6 日，自然通讯 （”纳米力学运动传导具有可扩展本地化的差距等离子体体系结构”）。
 
研究人员测量了在纳米金的亚原子尺度运动。他们是通过一个小的空气间隙，约 15 纳米宽，金纳米粒子与金板工程。这种差距是如此之小，激光光不能穿透它。
然而，光激发表面等离子体激元 — — 限制旅行沿边界金表面与空气之间的电子组的集体、 波浪状运动。
 
研究人员利用光的波长的光波连续波峰之间的距离。选择正确的波长，或等价地，它的频率，与激光光导致等离子体激元的特定频率振荡来来回回，或产生共鸣，沿的差距，像弦拨的吉他的回响。
 
同时，纳米颗粒移动，它更改的间隙宽度和调优一根吉他弦，像更改的等离子体激元共振的频率。
 
Aksyuk 注意到激光与等离子体相互作用是遥感的微小位移，从纳米粒子的关键。光不能容易地检测位置或运动的物体小于波长的激光，但将光转化为电浆子克服了这一限制。因为等离子体激元仅限于很小的差距，他们是比光是传感像金纳米颗粒的小物体的运动更加敏感。
 
激光光被反射回从等离子体设备金额揭示了空隙的宽度和纳米粒子的运动。例如，假设差距的变化 — — 纳米粒子 — — 在这种运动的固有频率或共振，更多的电浆子密切与激光光的频率相匹配。在这种情况下，等离子体能够吸收更多的能量，从激光灯，和少光被反射。
 
这些光学显微照片提供几个电浆间隙谐振器自上而下视图和放大在单个设备上。右下角显示单个设备的示意图。(图像︰ 布莱恩 Roxworthy/NIST)
若要使用此动作感应技术在实际设备中，Aksyuk 和 Roxworthy 嵌入式黄金纳米粒子微观尺度机械结构 — — 振动悬臂，有点微型潜水板 — — 那是几微米长，由氮化硅中。
 
甚至当他们设置并不是运动，这种设备绝不坐着完美依旧，而高的频率，振动推挤由它们的分子在室温下的随机运动。即使振动的振幅很小 — — 移动原子的距离 — — 它很容易与新的电浆技术检测。
 
类似，虽然通常较大，机械结构常用的科学测量和实际传感器;例如，在汽车和智能手机检测运动和定位。NIST 的科学家们希望他们的运动在纳米尺度测量的新方式将有助于进一步实现小型化和提高许多这样的微机械系统的性能。
 
研究人员写道”这种体系结构铺平了道路为纳米传感的研究进展，”。”我们可以检测微小运动更本地及准确与这些电浆子的谐振腔比任何其他方式做它，”Aksyuk 说。
 
团队的制作方法允许生产一些 25 000 的设备在计算机芯片上，与每个设备量身定做来检测运动根据制造商的需求。