Nanomotorer styret med laserlys

Forskere fra Institut for Industrividenskab, University of Tokyo (UTokyo-IIS) har designet nye lineære nanomotorer, der kan bevæges i kontrollerede retninger ved hjælp af lys. Dette arbejde åbner vejen for ny mikrofluidik, herunder lab-on-a-chip systemer med optisk aktiverede pumper og ventiler.

Nanomaskinernes verden ser meget anderledes ud end den, der indeholder de ting, som vi har vænnet os til. For eksempel, at drive og præcist styre en motor, der er mindre end en enkelt bakterie, kan være meget vanskeligere end, sige, kører en bil.

Nu, et team af forskere ledet af UTokyo-IIS har introduceret et system af lineære motorer lavet af guld nanorods, der kan bevæge sig i en kontrolleret retning, når de udsættes for laserlys. Som en sejlbåd, der kan bevæge sig i enhver ønsket retning ved at justere rigningen, disse nanomotorer er ikke begrænset til at følge lysets retning. Hellere, de bevæger sig baseret på deres orientering, selv når de udsættes for en laserstråle, der bevæger sig fra en anden vinkel.

Bevægelsen er drevet af den sideværts optiske kraft skabt fra sideværts spredning af lys fra partiklerne. Som resultat, behovet for at fokusere eller forme laserstrålen med linser, som engang var en svær opgave, er elimineret. Ud over, motorstørrelser er ikke begrænset af lysets bølgelængde, i modsætning til tidligere enheder.

"I stedet for at være begrænset til at bevæge sig i retning af laserlys eller feltgradienten, retningen bestemmes af orienteringen af ​​selve nanopartiklerne, " siger førsteforfatter Yoshito Tanaka. Nøglen til denne teknologi er den lokaliserede overfladeplasmonresonans - kollektive svingninger af frie elektroner - inden for periodiske arrays af nanorods. Disse kan producere spredt lys i en bestemt retning. "Omhyggeligt design af adskillelsen mellem nanorods-ledninger til konstruktiv interferens i den ene retning og destruktiv interferens i den anden. Dette giver os mulighed for at producere retningsbestemt spredning for at drive nanomotoren frem, " siger seniorforfatter Tsutomu Shimura.

Forskerne forestiller sig at bruge denne teknologi til at skabe en ny platform for maskiner i nanostørrelse med bevægelige dele, der følger forudbestemte veje, mens de bliver skubbet af ufokuseret lys. Dette vil i høj grad reducere omkostningerne og kompleksiteten af ​​disse enheder, samtidig med at præcisionen og pålideligheden forbedres.

Værket er udgivet i Videnskabens fremskridt som "Plasmonisk lineær nanomotor, der anvender laterale optiske kræfter."