ナノメカニカル・単電子トランジスタによるナノセンシング

使用纳米机械/单电子晶体管的纳米传感

基本信息

批准号：
19360037
负责人：
小野崇人
金额：
$ 11.9万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

単電子トランジスタを利用した変位センサを集積化したナノメカニカル・プローブを用いて核磁気共鳴をナノスケールで検出し、タンパク質などの構造を3次元で観測する顕微鏡を開発する。この力検出型の核磁気共鳴検出では、熱による機械振動を抑えるため、センサを低温に冷やす必要がある。このため、低温で高感度なエレクトロメーターである単電子トランジスタを変位センサとして組み込んで、高分解能の磁気共鳴イメージングを実現する。ナノ構造の加工技術とナノ構造における特異な力学現象を利用し、高感度なプローブを開発することを目標とする。磁気共鳴の検出では、きわめて小さな力を検出するため、極低温に冷却して熱による機械振動(熱機械ノイズ)を低減することが必要不可欠である。同時に、極低温で動作する高感度の変位センサを集積化する必要がある。通常のICのアンプを集積化したり、装置内に設置したりする場合、半導体素子は低温で絶縁性になり動作しなくなる。そこで、極低温でも動作する単電子トランジスタをもちいた極めて高感度の変位センサを集積化した構造を作製した。単電子トランジスタをナノメカニカル構造に集積化する作製方法を開発した。一方、機械的振動子の非線形性を利用すると、振動子の位相ノイズを低減できることを見出し、その基礎的な実験を進めた。また、将来センサを空気中で動作させるさいに重要となる振動損失を評価する方法を開発した。また、単電子トランジスタの代わりにピエゾ抵抗型センサでナノメカニカルセンサの変位を検出できる振動子を作製した。

我们将开发一种显微镜，使用纳米机械探针在纳米尺度上检测核磁共振，该探针集成了使用单电子晶体管的位移传感器，并在三个维度上观察蛋白质和其他物质的结构。在这种力检测型核磁共振检测中，需要将传感器冷却到低温以抑制由热引起的机械振动。因此，采用低温高灵敏度静电计的单电子晶体管作为位移传感器，以实现高分辨率磁共振成像。我们的目标是利用纳米结构加工技术和纳米结构中独特的机械现象来开发高灵敏度的探针。在磁共振检测中，检测到的力极小，因此必须将设备冷却至极低的温度，以减少由热引起的机械振动（热机械噪声）。同时，需要集成在极低温度下工作的高灵敏度位移传感器。当集成普通IC放大器或将其安装到设备中时，半导体元件在低温下会变得绝缘并停止工作。因此，我们创建了一种使用单电子晶体管集成极其灵敏的位移传感器的结构，即使在极低的温度下也能工作。我们开发了一种将单电子晶体管集成到纳米机械结构中的制造方法。另一方面，我们发现可以利用振荡器的非线性来降低机械振荡器的相位噪声，并进行了基础实验。我们还开发了一种评估振动损失的方法，这对于未来在空气中运行传感器时非常重要。我们还创建了一种振动器，可以使用压阻传感器而不是单个电子晶体管来检测纳米机械传感器的位移。