Ny teknik, der introducerer fremmede atomer i optisk fangst, muliggør større manipulation af nanopartikler

Macquarie University forskere har demonstreret en ny teknik, der udnytter tilstedeværelsen af ​​fremmede atomer i en diamantkrystal, brug af lys til at påvirke hele nanopartiklens bevægelse - åbne døren for at anvende kraftfulde kvante -teknologier til manipulation af ultralette nanopartikler og en hidtil uset grad af kontrol på nanoskalaen.

Forskningen, udgivet i Naturfysik , målte kraften på nanoskala diamantkrystaller (som er så små som en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår), der blev nedsænket i vand og optisk fanget af en tæt fokuseret laserstråle-optisk pincet.

Dr. Thomas Volz og kolleger fra Institut for Fysik og Astronomi og ARC Center of Excellence on Engineered Quantum Systems (EQuS), fandt ud af, at når man sporer de enkelte nanodiamonds bevægelse i den optiske pincet, de kunstige atomer havde en betydelig indflydelse på nanokrystalbevægelsen. Dette er bemærkelsesværdigt, især i betragtning af at kun få af disse fremmede atomer faktisk interagerer med det nær-resonante laserlys.

"Som regel, lyset i den optiske pincet interagerer med selve nanopartiklen. I denne undersøgelse blev der imidlertid introduceret en gruppe af særlige fremmede atomer i diamant -nanopartiklen. Når laserlyset vælges tæt på overgangen til disse fremmede 'specielle' atomer, hele krystallens bevægelse påvirkes, på trods af at der kun er omkring 10, 000 af disse atomer i en krystal fremstillet af omkring 100 millioner carbonatomer, "sagde Dr. Volz.

"Disse nær-resonante kræfter kendes typisk fra manipulation af enkeltatomer med lys, men ikke i tilfælde af nanomanipulation. Denne forskning demonstrerer for første gang effekten af ​​disse kræfter i forbindelse med nanomanipulation. Endnu mere interessant, disse kræfter er kun målbare på grund af en unik effekt, som sjældent observeres i naturen:en kooperativ interaktion mellem de fremmede atomer indbyrdes. Kun ved at disse atomer virker sammen på en kooperativ måde, kan vi se deres virkning, "sagde første forfatter Dr. Mathieu Juan.

"Vores forskning er motiveret af muligheden for at foregå i en teknik, der er kendt fra atommanipulation inden for manipulation af nanopartikler (i et flydende miljø). Teknikken er kraftfuld, og man kan tænke på at konstruere nanodiamanter med forskellige typer fremmede atomer for at gøre deres effekt endnu stærkere og i sidste ende fælde nanopartikler så små som et par nanometer i diameter, mens de systematisk flytter dem rundt i celler, "sagde Dr. Volz.

"De kræfter, vi observerede, er ikke set før og med disse spændende muligheder ved hånden, denne forskning kan føre til, at der udvikles en ny type optisk pincet, som vil have applikationer på tværs af forskellige felter. Ud over anvendelser inden for biologi og medicin, hvor nær-resonans optisk pincet kunne bruges til bio-billeddannelse og lægemiddellevering, denne forskning kan påvirke områderne kvantananoteknologi og sansning, "sagde Dr. Carlo Bradac, fælles første forfatter.