Positionsmåling af en leviteret nanopartikel via interferens med dens spejlbillede

Leviterede nanopartikler er lovende værktøjer til at fornemme ultrasvage kræfter af biologisk, kemisk eller mekanisk oprindelse og endda til at teste grundlaget for kvantefysikken. Sådanne applikationer kræver imidlertid præcis positionsmåling. Forskere ved Institut for Eksperimentel Fysik ved Universitetet i Innsbruck, Østrig, har nu demonstreret en ny teknik, der øger effektiviteten, hvormed positionen af ​​et sub-mikron leviteret objekt detekteres.

"Typisk måler vi en nanopartikels position med en teknik kaldet optisk interferometri, hvor en del af lyset, der udsendes af en nanopartikel, sammenlignes med lyset fra en referencelaser," siger Lorenzo Dania, der er ph.d. studerende i Tracy Northups forskningsgruppe. "En laserstråle har imidlertid en meget anderledes form end lysmønsteret, der udsendes af en nanopartikel, kendt som dipolstråling." Denne formforskel begrænser i øjeblikket målepræcisionen.

Selvinterferensmetode

Den nye teknik demonstreret af Tracy Northup, en professor ved University of Innsbruck, og hendes team løser denne begrænsning ved at erstatte laserstrålen med lyset fra partiklen, der reflekteres af et spejl. Teknikken bygger på en metode til at spore bariumioner, som er blevet udviklet i de senere år af Rainer Blatt, også fra University of Innsbruck, og hans team. Sidste år foreslog forskere fra de to hold at udvide denne metode til nanopartikler.

Nu, ved hjælp af en nanopartikel svævet i en elektromagnetisk fælde, viste forskerne, at denne metode overgik andre avancerede detektionsteknikker. Resultatet åbner op for nye muligheder for at bruge leviterede partikler som sensorer – for eksempel til at måle små kræfter – og for at bringe partiklernes bevægelse ind i områder beskrevet af kvantemekanikken.

Forskningen blev offentliggjort i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

Mikrohulrum som en sensorplatform