Соединения в наноэлектронике, реализованные при помощи одного единственного атома, не столь хрупки, как может показаться с первого взгляда. Последние эксперименты американских ученых с наноразмерными «мостами» между двумя макроскопическими металлическими телами показывают, что связь становится жесткой, когда ширина «моста» сокращается до одного атома. Эти результаты согласуются с предположением о том, что при таких масштабах доминируют поверхностные силы.

Развитие технологий дошло наконец-то до атомарных размеров. Устройства с компонентами, размеры которых имеют тот же порядок, что и атомы вещества, уже не являются сенсацией. На сегодняшний день, к примеру, «соединительные провода» в электронной схеме могут иметь ширину порядка 100 атомов, и это не предел. Из-за постоянно уменьшающихся размеров ученым необходимо проводить новые исследования, показывающие, как размеры влияют на свойства материала, в частности, сопротивление и механическую прочность.

Очередную работу в этом направлении опубликовала группа из State University of New York (США). Их результаты были опубликованы в журнале Physical Review B. Объектом исследований стали крошечные контакты, формирующиеся между золотыми острием и поверхностью. Эксперименты показали, что подобные соединения (которые могут быть толщиной всего в 1 атом) обладают специфическими электрическими и механическими свойствами.

Обычно для оценки толщины контакта ученые прикладывают к образовавшемуся «мосту» напряжение и измеряют электрическую проводимость контакта. Предыдущие эксперименты показали, что в такой конфигурации при увеличении расстояния между поверхностью и острием (при удлинении и уменьшении ширины «моста») проводимость скачкообразно снижается. Это связано с тем, что атомы контакта перегруппируются, так что число атомов контакта снижается с нескольких сотен до одного. Команда американских ученых поставила перед собой задачу исследования этой перегруппировки с точки зрения механики.

Для получения необходимых данных, ученые прикладывали к контакту механическое напряжение и изменяли длину «моста» с шагом 4 пикометра (для этого острие было прикреплено к кантиливеру, позволяющему измерить не только изменение размеров «моста», но и вариации силы). Как известно, отношение приложенной механической силы к изменению длины, дает такой параметр, как жесткость (или связанную характеристику, именуемую модулем Юнга, определяющую меру реакции материала на внешнее воздействие, вне зависимости от геометрических размеров).

При уменьшении ширины контакта, атомарные силы изменяются таким образом, что жесткость должна увеличиваться. Предыдущие эксперименты уже предлагали некоторые доказательства для этого факта; но они были применимы в ограниченном диапазоне масштабов. Американские ученые наблюдали аналогичные явления для ширины контакта менее 1 нм. По их данным, при сужении контакта до 1 атома, жесткость контакта оказывается почти вдвое выше жесткости «обычного» золота.

Помимо основных исследований, ученые объяснили, почему узкие «перетяжки», образующиеся между двумя металлическими телами, под действием поверхностных сил могут неожиданным образом деформироваться.

Дальнейшие работы в этом направлении могут объяснить, как различные микроскопические свойства объектов объединяются, формируя макроскопические свойства.