Nanotweezer er et nyt værktøj til at skabe avancerede plasmoniske teknologier

En ny type "nanotweezer", der er i stand til hurtigt og præcist at placere bittesmå objekter og fastfryse dem på plads, kunne muliggøre forbedrede nanoskala-sansemetoder og hjælpe forskning med at fremstille avancerede teknologier såsom kvantecomputere og skærme med ultrahøj opløsning.

Enheden, fremstillet på Purdue Universitets Birck Nanotechnology Center, bruger en cylindrisk guld "nanoantenna" med en diameter på 320 nanometer, eller omkring 1/300 af bredden af ​​et menneskehår. Strukturerne koncentrerer og absorberer lys, resulterer i "plasmoniske hotspots" og gør det muligt at manipulere nanometer-skala objekter suspenderet i en væske.

"Den foreslåede tilgang muliggør øjeblikkelig implementering af et utal af spændende applikationer, sagde Alexandra Boltasseva, lektor i el- og computerteknik.

Fundene er detaljeret i et papir, der vises online i Naturnanoteknologi Mandag (2. november).

Plasmoniske enheder udnytter skyer af elektroner kaldet overfladeplasmoner til at manipulere og kontrollere lys. Potentielle applikationer til nanotweezeren inkluderer forbedrede følsomheds nanoskala sensorer og undersøgelse af syntetiske og naturlige nanoobjekter inklusive virus og proteiner; oprettelse af "nanoassemblies" til plasmoniske materialer, der kunne muliggøre et væld af avancerede teknologier; ultraoptiske "optiske id uidiske" skærme; og plasmoniske kredsløb til kvantelogiske enheder.

Nanotweezeren kan bruges til at oprette enheder, der indeholder nanodiamondpartikler eller andre lysemitterende strukturer i nanoskala, der kan bruges til at forbedre produktionen af ​​enkeltfotoner, arbejdsheste til behandling af kvanteoplysninger, som kunne bringe overlegne computere, kryptografi og kommunikationsteknologi.

Konventionelle computere bruger elektroner til at behandle oplysninger. Imidlertid, ydelsen kan øges betydeligt ved at anvende de unikke kvanteegenskaber ved elektroner og fotoner, sagde Vladimir M. Shalaev, meddirektør for et nyt Purdue Quantum Center, videnskabelig direktør for nanofotonik ved Birck Nanotechnology Center og en fremtrædende professor i el- og computerteknik.

"Det har vist sig, at nanotweezersystemet forårsager konvektion i væske på forespørgsel, resulterer i mikrometer pr. sekund nanopartikeltransport ved at udnytte en enkelt plasmonisk nanoantenna, som indtil nu har været antaget at være umulig, "sagde doktorand Justus C. Ndukaife.

Tidligere forskning havde vist, at konvektion ved hjælp af en enkelt plasmonisk nanoantenna var for svag til at fremkalde en så stærk konvektion, under 10 nanometer i sekundet, som ikke kan resultere i en nettotransport af suspenderede partikler.

Imidlertid, Purdue -forskerne har overvundet denne begrænsning, øge partikeltransportens hastighed med 100 gange ved at anvende et elektrisk vekselstrømfelt i forbindelse med opvarmning af den plasmoniske nanoantenna ved hjælp af en laser for at fremkalde en kraft, der er langt stærkere end ellers muligt.

"Den lokale elektromagnetiske feltintensitet er stærkt forbedret, over 200 gange, ved det plasmoniske hotspot, "Ndukaife sagde." Det interessante ved dette system er, at vi ikke kun kan fange partikler, men også kan udføre nyttige opgaver, fordi vi har disse hotspots. Hvis jeg bringer en partikel til hotspot, kan jeg foretage målinger, og sansningen er forbedret, fordi den er i et hotspot. "

Den nye hybrid nanotweezer kombinerer et nær-infrarødt laserlys og et elektrisk felt, fremkalder en "elektrotermoplasmonisk strømning."

"Derefter, når vi slukker det elektriske felt, holder laseren partiklerne på plads, så den kan fungere i to tilstande. Først, hurtig transport ved hjælp af vekselstrøm, og derefter slukker du det elektriske felt, og det går over i plasmonisk tweezing -tilstand, " han sagde.

Purdue -forskerne er de første til at fremkalde elektrotermoplasmonisk strømning ved hjælp af plasmoniske strukturer.

Systemet gør det også muligt at oprette mønstre til projektering af billeder, muligvis til skærme med ultrafin opløsning.

Laseren fælder partiklerne, gør det muligt at placere dem præcist. Teknikken blev demonstreret med polystyrenpartikler.