นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Stanford และ Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory ได้ค้นพบวิธีการผลิต nanowire เพื่อใช้เป็นสายไฟที่มีขนาดเล็กที่สุดในโลก ที่มีขนาดเพียงแค่ 3 อะตอม โดยการใช้สารไฮโดรคาร์บอนที่มีขนาดเล็กที่สุดอย่าง diamondoid มาทำการห่อหุ้มอะตอมของธาตุที่ต้องการ จากนั้นก็นำโมเลกุลเหล่านั้นมาต่อเรียงกันเป็นสายเหมือนเวลาที่เราเล่นตัวต่อ LEGO

diamondoid_assembly_v02
Diamondoid ที่นักวิทยาศาสตร์นำมาใช้ในการทดลองนี้ได้มาจากปิโตรเลียมเหลวที่พบในธรรมชาติ (ปิโตรเลียมเองก็เป็นสารไฮโดรคาร์บอน) ซึ่งตัว diamondoid มีลักษณะคล้ายกรงขนาดเล็กที่มีการจัดเรียงตัวแบบผลึก โดยแต่ละกรงจะมีอะตอมของคาร์บนอยู่สิบตัว ส่วนสาเหตุที่เลือกใช้ diamondoid เพราะมันมีคุณสมบัติในการยึดเกาะระหว่างพวกมันเองได้ดี หรือที่เราเรียกว่าแรงแวนเดอร์วาวสูง (van der Waals force) โดยนักวิทยาศาสตร์เริ่มจากการนำ diamondoid แต่ละอันมาติดเข้ากับโมเลกุลของกำมะถันจากนั้นนำไปใส่สารละลาย เพื่อทำให้เกิดไอออนของทองแดงมาทำพันธะกับอะตอมของกำมะถัน จากนั้นก็ทำวิธีการนี้ซ้ำหลายๆรอบกับ diamondoid ตัวอื่นๆ ที่เหลือก็แค่นำมันมาเรียงต่อกันจนเกิดเป็น nanowire ขึ้นมา

Nanowire ที่นักวิทยาศาสตร์ได้ผลิตขึ้นมานี้เปรียบเสมือนสายไฟที่มีขนาดเล็กระดับอะตอม ที่มีส่วนประกอบบริเวณแกนเป็นสารกึ่งตัวนำ เกิดจากการนำทองแดงและกำมะถันมารวมกันโดยเรียกสารประกอบนี้ว่าแชลโคเจน (chalcogenide) ส่วนเปลือกนอกของสายไฟชนิดนี้เป็น diamondoid ที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนละคอยห่อหุ้มแชลโคเจนเอาไว้ และนอกจากการนำกำมะถันและทองแดงมาใช้กับ diamondoid แล้วนักวิทยาศาสตร์ยังได้ทำการทดลองเรื่องนี้กับธาตุอื่นๆเช่น แคดเมียม สังกะสี เหล็ก และเงิน โดย nanowire ที่มีองค์ประกอบหลักเป็นแคดเมียมจะมีคุณสมบัติด้านแสงโดยสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตหลอด LED ได้ ส่วน nanowire ที่มีองค์กระกอบหลักเป็นสังกะสีมีสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในงานที่เกี่ยวข้องกับเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งในการทดลองบางครั้งนักวิทยาศาสตร์สามารถต่อสาย nanowire จนมีขนาดใหญ่พอที่จะมองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้

หนึ่งในสาเหตุหลักที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการทำให้วัสดุต่างๆให้มีขนาดเล็กลงถึงในระดับอะตอมนั่นเป็นเพราะว่า เมื่อวัสดุมีขนาดเหลือเพียงระดับอะตอมคุณสมบัติทางกายภาพของมันจะเปลี่ยนแปลงไปจากวัสดุเดิมที่มีขนาดใหญ่โดยสิ้นเชิงยกตัวอย่างเช่นหากเรามีเส้นลวดเหล็กอยู่ ลวดเส้นนั้นอาจรับน้ำหนักได้ค่าหนึ่ง แต่เมื่อไหร่ก็ตามถ้าเราสามารถทำให้ลวดมีขนาดเล็กลงในระดับอะตอมแล้วนำลวดที่มีขนาดเล็กมากๆจำนวนหลายเส้นมาร้อยเรียงกันให้กลายเป็นลวดเส้นใหญ่มันจะสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าปกติถึงหลายเท่าตัว

ที่มา http://phys.org/news/2016-12-world-smallest-diamonds-wires-atoms.html
เรียบเรียงโดย @MrVop