張淵智, 廖原鴻, 黃仰山,徐統, *張嘉升, 鄭天佐
物理所
Small 4:2195-2198 (2008)
我們實驗室多年來致力於具原子解析度之顯微術研發工作, 近期將原有的超高真空穿透式電子顯微鏡(UHV-TEM)加裝上一穿隧式掃瞄探針顯微鏡(STM)的機制, 因而讓此顯微鏡除了原有功能外又增強許多。例如在奈米尺度下操縱量測奈米管或奈米線, 亦可同時進行即時蒸鍍金屬材料等實驗。此篇論文即利用此 STM@UHV-TEM 儀器進行實驗, 我們發明了一系列在奈米尺度下即時觀測操縱多壁奈米碳管的技術。利用此臨場的技術可將多壁奈米碳管內層逐一剝離, 此碳管因質量變輕、內徑加大靈敏度因而大大提升, 進而可製作出具有原子解析度量測的”奈米秤”或是”奈米探針”等。 而此臨場技術操縱的精密程度甚至可達埃(A)等級, 例如可將內層剝離的碳管再次放回原處, 形成類似”奈米活塞”之結構(如圖一)。
如圖二所示, 為進行將多壁奈米碳管內層逐一剝離的步驟。首先利用右邊金電極接觸預剝離之多壁奈米碳管(圖例為粉紅色)的尖端, 而後施加一電壓於碳管與金電極, 讓其間保持適當靜電力以利金電極將內層碳管剝離開。可使用相同步驟將碳管逐一剝離達成須求之尺寸,最終亦可利用此技術製作出世界上最大之單壁奈米碳管。經由修整後的碳管具有靈敏度極高的特性。將一約 3 nm 銀顆粒放置於此碳管頂端後,此碳管共振頻率即從 130.5 MHz偏移至115.3 MHz。經由此實驗數據計算出此銀顆粒質量約為 1.8*10-19 公克, 此碳管亦展現出非常高 Q 因子(約為 1000)。因此估計此碳管可量測之最好的質量解析度可達約 10-22 公克, 因而稱之為原子秤(圖三)。
