Ingeniører finder en bedre måde at opdage nanopartikler på

Det har længe været tænkt, at to selskab og tre er en skare. Men elektriker og systemingeniører ved Washington University i St. Louis og deres samarbejdspartnere har vist, at tilføjelsen af ​​en tredje nanoskatter, supplerer to "tuning" nanoskatter, til en fotonisk resonator giver en fascinerende fysikfest.

Specifikt, de to tuning -nanoskatter satte resonatoren til et "usædvanligt punkt, "en særlig tilstand i et system, hvor usædvanlige fænomener kan forekomme. Den tredje nanospreder forstyrrer systemet, og som en grim legepladsbølle, jo mindre den er, jo mere respons det får.

Washington University -teamet, ledet af Lan Yang, Edwin H. &Florence G. Skinner Professor i elektroteknik og systemteknik, har gjort store fremskridt for nylig inden for undersøgelse og manipulation af lys. Teamets seneste opdagelse af mikroresonatorernes sansekapacitet kan have indflydelse på oprettelsen af ​​biomedicinsk udstyr, elektronik og udstyr til påvisning af biofarer.

"Det er udfordrende at opdage nanoskalaobjekter, såsom nanopartikler, "Sagde Yang." Hvis objektet er meget lille, det introducerer lidt forstyrrelse for et sansningssystem. Vi anvender en usædvanlig topologisk funktion forbundet med ekstraordinære punkter i et fysisk system til at forbedre reaktionen fra en optisk sensor på meget små forstyrrelser, såsom dem, der introduceres af nanoskalaobjekter. Skønheden ved den ekstraordinære punktsensor er jo mindre forstyrrelsen, jo større forbedring i forhold til en konventionel sensor. "

Yangs sensorsystem tilhører en kategori kaldet whispering gallery mode (WGM) resonatorer, som fungerer som det berømte hviskende galleri i St. Paul's Cathedral i London, hvor nogen på den ene side af kuplen kan høre en besked, der er talt til væggen af ​​en på den anden side. I modsætning til kuplen, som har resonanser eller søde pletter i det hørbare område, sensoren resonerer ved lysfrekvenser.

"Det såkaldte 'ekstraordinære punkt' giver en hviskende gallerisensor med enestående ydeevne til detektering af nanoskalaobjekter, overgår den for konventionelle hviskende gallerisensorer, "sagde Weijian Chen, en elektroteknisk doktorand i Yangs laboratorium. "Påfaldende, jo mindre målobjektet er, jo bedre ydeevne vil vores nye sensor være. "

Yangs WGM har to ledsagende silica -spredere, eller nanotip, som satte på toroid, eller doughnut-formet tråd, vejen til millioner af lette pakker kaldet fotoner til at krydse. Disse enheder indstiller forskellige parametre i systemet for at påvirke funktionen. Brug af nanopositioneringssystemer, forskerne kan flytte spredere og øge størrelsen og endda introducere et andet medium - en viruspartikel, for eksempel - ind i feltet for at forstyrre feltet og lokke til et ekstraordinært punkt.

I teamets seneste eksperimenter, de to "tuning" nanoskjulere bringer resonatoren til usædvanlige punkter; den tredje partikel forstyrrer systemet fra dets ekstraordinære punkter og fører til en frekvensopdeling. På grund af den meget komplekse kvadratroddopologi nær et ekstraordinært punkt, frekvensopdelingen, som er følesignalet, er matematisk repræsenteret kvadratroden af ​​forstyrrelsesstyrken. Det er betydeligt større end det, der findes i traditionel, ikke-usædvanlige punktfølende ordninger, der bruger meget små forstyrrelser.

Yang og hendes gruppe undersøger brugen af ​​det ekstraordinære punkt i fotoakustiske billeddannelsesundersøgelser og andre scenarier, hvor de søger udvikling af "ukonventionelle lette transportformer, ' hun sagde. "Det burde være mange applikationer deraf."