Ved at sætte en ring på det, mikropartikler kan fanges

For at fange og holde små mikropartikler, ingeniører på Harvard har "sat en ring på det, " ved at bruge en siliciumbaseret cirkulær resonator til at begrænse partikler stabilt i op til flere minutter.

Fremskridtet, udgivet i 14. juni -udgaven af Nano bogstaver , kunne en dag føre til evnen til at lede, aflevere, og opbevare nanopartikler og biomolekyler på helt optiske chips.

"Vi demonstrerede styrken af ​​det, vi kalder resonant hulrumsfangst, hvor en partikel ledes langs en lille bølgeleder og derefter trækkes ind på en mikroringresonator, " forklarer Kenneth Crozier, en lektor i elektroteknik ved Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), der ledede forskningen. "En gang på ringen, optiske kræfter forhindrer det i at undslippe, og få det til at kredse om det."

Processen ligner det, du ser i flydende legetøj, hvor små perler af farvede dråber løber langs plastikbaner - men i meget mindre skala og med forskellige fysiske mekanismer. Ringene har radier på kun 5 til 10 mikrometer og er bygget ved hjælp af elektronstrålelitografi og reaktiv ionætsning.

Specifikt, laserlys fokuseres ind i en bølgeleder. Optiske kræfter får en partikel til at blive trukket ned mod bølgelederen, og skubbede hen ad den. Når partiklen nærmer sig en ring, der er fremstillet tæt på bølgelederen, det trækkes fra bølgelederen til ringen af ​​optiske kræfter. Partiklen cirkulerer derefter rundt i ringen, drevet af optiske kræfter ved hastigheder på flere hundrede mikrometer pr. sekund.

Selvom det ikke er nyt at bruge plane ringresonatorer til at fange partikler, Crozier og hans kolleger tilbød en ny og mere grundig analyse af teknikken. I særdeleshed, de viste, at brug af siliciumringen resulterer i optisk kraftforøgelse (5 til 8 gange i forhold til den lige bølgeleder).

"Spændende nok, partikelsporingsmålinger med et højhastighedskamera afslører, at de store tværgående kræfter stabilt lokaliserer partiklen, således at standardafvigelsen i dens bane, sammenlignet med en cirkel, er så lille som 50 nm, " siger Crozier. "Dette repræsenterer en meget stram lokalisering over en forholdsvis stor afstand."

Det ultimative mål er at udvikle og demonstrere fuldt optisk på chip-manipulation, der tilbyder en måde at guide, butik, og levere både biologiske og kunstige partikler.