纳米测量纳米计

有望提供一种新的治疗癌症的方法2013年08月01日 来源： 科技日报 作者： 陈丹 科技日报讯（记者陈丹）据《自然》杂志网站8月1日（北京时间）报道，纳米钻石可用于量子计算机中处理量子信息，而哈佛大学的研究人员利用纳米钻石的量子效应，将其变为“温度计”，测量出了人类胚胎干细胞内部的温度变化，精确度是现有技术的10倍。通过加入金纳米粒子，研究人员还能够利用激光对细胞的特定部分加热甚至杀死细胞，这有望提供一种新的治疗癌症而不损害健康组织的方法，以及研究细胞行为的新手段。研究论文发表在本周的《自然》杂志上。 在这项最新研究中，研究人员使用纳米线将直径约100纳米的钻石晶体注入一个人类胚胎干细胞中，然后用绿色激光照射细胞，使氮杂质发出红色荧光。当细胞内局部温度出现变化时，红色荧光的强度会受到影响。通过测量荧光的强度，便可以计算出相应的纳米钻石的温度。由于钻石具有良好的导热性，就可以像温度计一样显示出其所处细胞内部环境的即时温度。 研究人员同时还将金纳米粒子注入细胞内，然后用激光来加热细胞的不同部位，加热点的选择和温度升高多少都可由纳米钻石“温度计”来精确控制。“现在我们有了一个可以在细胞水平上控制温度的工具，让我们能够研究生物系统对温度变化的反应。”参与该研究的哈佛大学物理学家彼得·毛瑞尔说。 他指出，基础生物学涉及到的很多生物过程，从基因表达到细胞新陈代谢，都会受到温度的强烈影响，纳米钻石“温度计”将是一个有用的工具。例如，通过控制线虫的局部温度，生物学家可以了解简单有机体的发育。“你可以加热单个细胞，研究其周围的细胞是否会减慢或者加快它们的繁殖率。”毛瑞尔说。 目前也有一些其他测量细胞温度的方法，比如利用荧光蛋白或碳纳米管，但这些测量手段在敏感性和准确度方面都有欠缺，因为其中的一些成分会和细胞内的物质发生反应。毛瑞尔说，他们的纳米钻石“温度计”的敏感度至少提高了10倍，能够检测出细微到0.05开的温度波动。而且其还有改进的余地，因为在活细胞外部，该“温度计”的敏感度已经达到0.0018开的温度波动。 总编辑圈点 这样的“温度计”应该造价不菲，好在钻石是纳米级的。而其能够检测出细微到0.05开的温度波动，让其他测量细胞温度的方法难以望其项背，我们有理由相信，这项技术不仅仅只应用于医学领域。目前晶体管已经达到极小量度，在20或30纳米级别，离原子级别已经不远。然后，最重要的事情就是要理解热量散播和设备电子结构之间的关系，只有掌握这方面的知识，才能真正操控原子级设备，而纳米钻石“温度计”或许能派上大用场。 《科技日报》（2013-08-02 一版）

作者：曲照贵 文章来源：中国化工报 更新时间：2012-07-19　　近日，天津市检验检疫局研制的纳米尺度测量标准器获得国家实用新型专利授权。该产品采用国际先进的聚焦离子束刻蚀技术，具有分辨率高、线距均匀、材料稳定、设计独特等特点，可以满足不同形状样品的比对测量需求，有效解决了纳米尺度更准确的测量问题，填补了纳米材料领域标准器国内空白，达到国际先进水平。 　　据介绍，该纳米标准器分辨率高，具有78纳米的标准周期线距，远小于目前公认的S1000标准器1000纳米的线距，是真正意义上的纳米级标准器，并且能够保证每个刻度周期线距的均匀性和一致性，使最小线距整数倍的距离都可以作为标准长度来比对，材料膨胀系数低、性能稳定，设计将横线、竖线、点阵和圆环形状的标准刻度融于一体，可以满足不同形状样品的比对测量需求。　　随着纳米科技飞速发展，用于测量纳米尺度的高分辨率测量器具一直是人们所关注的课题，为了得到更准确的测量结果，需要有更接近于样品尺度的标准物质。

随着纳米技术日新月异的发展，研究已深入到原子挨原子的分子级，构造具有全新特性的新结构。特别地，纳米电子领域的发展十分迅速，其潜在影响涉及非常宽的行业领域。目前的纳米电子研究的内容主要是如何开发利用碳纳米管、半导体纳米线、分子有机电子和单电子器件。不过，由于多方面的原因，这些微小器件无法采用标准的测试技术进行测试。其中一个主要原因在于这类器件的物理尺寸。某些新型“超CMOS”器件的纳米级尺寸很小，很容易受到测量过程使用的甚至很小电流的损坏。此外，传统直流测试技术也不总是能够揭示器件实际工作的情况。脉冲式电测试是一种能够减少器件总能耗的测量技术。它通过减少焦耳热效应（例如I2R和V2/R），避免对小型纳米器件可能造成的损坏。脉冲测试采用足够高的电源对待测器件（DUT）施加间隔很短的脉冲，产生高品质的可测信号，然后去掉信号源。通过脉冲测试，工程技术人员可以获得更多的器件信息，更准确地分析和掌握器件的行为特征。例如，利用脉冲测试技术可以对纳米器件进行瞬态测试，确定其转移函数，从而分析待测材料的特征。脉冲测试测量对于具有恒温限制的器件也是必需的，例如SOI器件、FinFET和纳米器件，可以避免自热效应，防止自热效应掩盖研究人员所关心的响应特征。器件工程师还可以利用脉冲测试技术分析电荷俘获效应。在晶体管开启后电荷俘获效应会降低漏极电流。随着电荷逐渐被俘获到栅介质中，晶体管的阈值电压由于栅电容内建电压的升高而增大；从而漏极电流就降低了。脉冲测试有两种不同的类型：加电压脉冲和加电流脉冲。电压脉冲测试产生的脉冲宽度比电流脉冲测试窄得多。这一特性使得电压脉冲测试更适合于热传输实验，其中我们所关心的时间窗口只有几百纳秒。通过高精度的幅值和可编程的上升与下降时间能够控制纳米器件上的能耗大小。电压脉冲测试可用于可靠性测试中的瞬态分析、电荷俘获和交流应力测试，也可用于产生时钟信号，模拟重复控制线，例如存储器读写周期。电流脉冲测试与电压脉冲测试非常相似。其中，将指定的电流脉冲加载到DUT上，然后电子测量器件两端产生的电压。电流脉冲测试常用于测量较低的电阻，或者获取器件的I-V特征曲线，而不会使DUT产生大量的能耗，避免对纳米器件的损害或破坏。电压和电流脉冲测试都有很多优点，但是它们的缺点却不尽相同。例如，超短电压脉冲的速度特征分析属于射频（RF）的范畴，因此如果测试系统没有针对高带宽进行优化，那么测量过程中很容易产生误差。其中主要有三种误差来源：由于线缆和连接器造成的信号损耗、由于器件寄生效应造成的损耗以及接触电阻。电流脉冲测试的主要问题是上升时间较慢，可能长达几百纳秒。这主要受限于实验配置中的电感和电容。