Электрометры – это инструменты, предназначенные для измерения величины электрического заряда или разности потенциалов посредством измерения электростатических сил (сил взаимодействия зарядов). В то время как электрометры? разработанные Кельвином в 19-м веке? были весьма грубыми инструментами, современные электрометры, основанные на принципах физики твердого тела, представляют собой очень точные электронные приборы, которые, в отдельных случаях, настолько чувствительны, что позволяют считать единичные электроны, проходящие через контур.

По мере уменьшения размеров электронных устройств пробники, применяемые для измерения заряда или напряжения внутри миниатюрного проводника, должны также быть миниатюрными. Аллигаторный зажим («крокодил» ) технически не может бесконечно уменьшаться. Более того, по мере того, как устройство достигает наноразмеров, возмущениями процессов измерения, возникающими на самом приспособлении, более нельзя пренебречь и они должны быть оценены.

В прошлом было разработано много способов измерений, многие из которых основаны на сканировании малых объектов, таких, как, например, наконечник атомно-силового микроскопа (АСМ). Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Новый способ измерения локального распределения напряжений внутри наноструктур (по сути своей – наноэлектрометр) сочетает в себе пространственное разрешение и силовую чувствительность АСМ и заряда наночастицы золота единичным электроном. Способ и прибор разработаны исследователями Корнельского Университета (Cornell University) и Университета Пенсильвании –(Penn State University), а его изготовление, калибровка и работа продемонстрированы на кольцевой углеродной нанотрубке (УНТ). В предложенной схеме используются нано-частицы золота, играющие роль пробника и помещенные в тестируемую зону, совместно с АСМ, имеющим чувствительность в один электрон. Важную роль в измерениях играет большой входной импеданс, возникающий в молекулярном соединении и гарантирующий слабое взаимодействие между электрометром и объектом.

Для изготовления образца наноэлектрометра исследователи внедрили наночастицу золота размером 12 нм в УНТ полевой транзистор, используя химическое молекулярное соединение.

Картина электростатических колебаний частиц золота в эксперименте: А) Топографическое АСМ–изображение секции УНТ, демонстрирующее избирательное присоединение наночастиц золота. Диаметр УНТ – 3,2 нм; В) Серия изображений УНТ; С) Крупный план изображения, помеченного стрелкой.

Руководитель проекта Др. Джун Жу ( Dr. Jun Zhu)- адъюнкт-профессор Департамента Физики Университета Пенсильвании – и его соавторы опубликовали результаты работы в июньском номере (June 26, 2008) интенет-издания Nano Letters (Single-Electron Force Readout of Nanoparticle Electrometers Attached to Carbon Nanotubes).