Omrekenen van Nanometers naar Ångström

Informatie over de Nanometer (nm)

De nanometer is een miljardste meter. Hij ontstaat door het SI-voorvoegsel nano, dat 10^-9 betekent, voor de meter te zetten, en wordt geschreven als nm. Het voorvoegsel komt van het Griekse nanos, dat dwerg betekent.

Dit is de schaal waarop de moderne optica en elektronica werken. Zichtbaar licht loopt van ongeveer 380 nm aan de violette kant tot 750 nm aan de rode, waardoor de nanometer de standaardeenheid is om kleur natuurkundig te beschrijven. Een laserpen die op 532 nm uitzendt is groen; een van 650 nm is rood. Ultraviolet licht ligt onder 380 nm en infrarood boven 750 nm.

De biologie gebruikt de eenheid voortdurend. De dubbele helix van DNA is ongeveer 2 nm breed. Een gangbaar virus meet tussen 20 en 300 nm. Celmembranen zijn zo’n 7 nm dik. Deze afmetingen liggen onder het oplossend vermogen van gewone lichtmicroscopen, dat door de golflengte van het licht zelf beperkt is tot ongeveer 200 nm.

De halfgeleiderproductie maakte de nanometer ook buiten de wetenschap bekend. Procesknopen kregen namen als 90 nm, 45 nm, 14 nm, 5 nm en kleiner. Het getal komt niet langer overeen met één meetbaar kenmerk op de chip; het is eerder een marketingaanduiding dan een fysieke maat geworden, al meten de onderliggende structuren werkelijk nanometers. De gate van een moderne transistor is enkele tientallen atomen breed.

De nanotechnologie ontleent haar naam aan de eenheid en beslaat volgens afspraak structuren tussen 1 en 100 nm. Materialen gedragen zich in dit bereik vaak anders, omdat oppervlakte-effecten zwaarder gaan wegen dan de eigenschappen van het materiaal als geheel.

Meten op deze schaal vergt instrumenten die niet op zichtbaar licht steunen. Elektronenmicroscopen lossen details onder één nanometer op met elektronen, waarvan de effectieve golflengte veel korter is dan die van licht. Atoomkrachtmicroscopen werken weer anders: ze slepen een scherpe punt over het oppervlak en registreren de doorbuiging ervan. Beide waren onmisbaar voor de ontwikkeling van de nanotechnologie, want een vakgebied komt niet ver zolang zijn onderwerp onzichtbaar blijft.

Eén nanometer is gelijk aan 10 ångström, 1000 picometer of 0,001 micrometer. Een vel papier is ruwweg 100.000 nm dik.

Informatie over de Ångström (Å)

De ångström is een lengte-eenheid gelijk aan een tienmiljardste meter, oftewel 0,1 nanometer. Hij is genoemd naar Anders Jonas Ångström, de Zweedse natuurkundige die hem in 1868 gebruikte in zijn kaart van het zonnespectrum. Het symbool is Å, een letter ontleend aan het Zweedse alfabet.

De ångström leeft voort omdat hij aansluit bij de schaal van atomen. Een waterstofatoom heeft een straal van ongeveer 0,5 Å. Een enkelvoudige koolstof-koolstofbinding meet ruwweg 1,5 Å. Uitgedrukt in nanometers leveren die getallen onhandige decimalen op, en daarom geven kristallografen, spectroscopisten en structuurbiologen nog steeds de voorkeur aan de oudere eenheid. Eiwitstructuren in openbare databanken worden nog altijd beschreven met hun resolutie in ångström, en een structuur die beter dan 2 Å is opgelost, geldt als van hoge kwaliteit.

Ook de golflengten van zichtbaar licht vallen in een handig bereik. Rood licht ligt bij ongeveer 7000 Å en violet bij ongeveer 4000 Å. De golflengten van röntgenstraling groeperen zich rond 1 Å, en juist daarom onthult röntgendiffractie de afstand tussen atomen: de sonde en het doel zijn even groot.

De ångström maakt geen deel uit van het Internationale Stelsel van Eenheden. Het BIPM noemt hem onder de eenheden die naast het SI zijn toegestaan, maar ontraadt nieuwe toepassingen en geeft de voorkeur aan de nanometer of de picometer. Die aanbeveling heeft weinig uitgehaald in de vakgebieden waar de eenheid diep geworteld is. De halfgeleiderproductie laat dat duidelijk zien. Procesknopen werden decennialang in nanometers benoemd, maar naarmate de structuren kleiner werden, ging de industrie de dikte van het gate-oxide in ångström opgeven, en Intel doopte een generatie van haar technologie het Angstrom-tijdperk.

Oudere wetenschappelijke literatuur vergt voorzichtigheid. Voordat de ångström aan de meter werd gekoppeld, was hij gedefinieerd ten opzichte van een bepaalde spectraallijn van cadmium, en waarden uit het begin van de twintigste eeuw kunnen licht afwijken van de huidige. De Internationale Astronomische Unie nam die spectroscopische definitie in 1907 aan, en zij gold tot de meter zelf in 1960 opnieuw werd bepaald ten opzichte van krypton. Het verschil is klein maar reëel, en het telt bij het vergelijken van historische spectraalmetingen met hedendaagse.

Omrekenen is eenvoudig. Eén ångström is gelijk aan 10^-10 meter, 0,1 nanometer of 100 picometer. Tien ångström vormen een nanometer.