Udsortering af nanodiamanter med fluorescerende centre

Forskere har længe arbejdet på at forbedre deres evne til at bruge lasere til at flytte små genstande uden faktisk at røre dem. Denne metode til 'optisk fangst og manipulation' er allerede brugt i optik, biologiske videnskaber og kemi. Men objekter bliver meget sværere at kontrollere, når de først vokser til nanoskalastørrelse.

Nu, et team af videnskabsmænd, herunder Hokkaido University's Keiji Sasaki og Osaka Prefecture University og Osaka University's Hajime Ishihara, har fundet en måde at flytte diamantnanopartikler på omkring 50 nanometer i diameter, ved hjælp af modsatrettede lasere. Deres eksperimenter, offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , sigte på at forske videre i udviklingen af ​​applikationer inden for områder som biologisk billeddannelse og kvanteberegning.

"Vi tror på, at vores tilgang kan gøre det muligt for en ny klasse af optiske kraftmetoder at undersøge egenskaberne ved avancerede nanomaterialer og kvantematerialer og udvikle avancerede nanoenheder, " siger Sasaki.

Nanodiamanter har carbonatomgitter, der nogle gange indeholder en ufuldkommenhed, hvor to tilstødende carbonatomer erstattes med et nitrogenatom og en ledig plads (fluorescerende center), som påvirker deres kvantemekaniske egenskaber; nanopartikler reagerer forskelligt på lys afhængigt af deres kvantemekaniske egenskaber. Nanodiamanter med dette fluorescerende center (resonante nanodiamanter) absorberer grønt lys og udsender rød fluorescens og bliver undersøgt med henblik på anvendelser inden for biologisk billeddannelse, sansende og enkeltfotonkilder. Nanodiamanter uden fluorescerende centre er ikke-resonante.

Sasaki og hans kolleger gennemblødte en optisk nanofiber i opløsninger af nanodiamanter med og uden fluorescerende centre. At skinne en grøn laser gennem den ene ende af nanofiberen fangede en enkelt nanodiamant med fluorescerende centre og transporterede den væk fra laseren.

Resonante og ikke-resonante nanodiamanter bevæger sig i modsatte retninger

Forskerne viste, at når en grøn og en rød laser blev skinnet på nanodiamanterne fra modsatte sider af den optiske nanofiber, bevægelsen af ​​resonante og ikke-resonante nanodiamanter kunne styres uafhængigt:For de ikke-resonante nanodiamanter, den røde laser skubber dem stærkere end den grønne laser; imidlertid, de resonante absorberer det røde laserlys og bliver derfor presset kraftigere af den grønne laser. Dermed, de kunne sorteres ud fra deres optiske egenskaber. Desuden, antallet af fluorescerende centre i de resonante nanodiamanter kunne kvantificeres ved at observere deres bevægelser under disse forhold.

Ved at bruge denne teknik til at fange og manipulere nanodiamanter, forskerne har demonstreret et proof of concept. Deres næste skridt ville være at anvende det på organiske farvestof-doterede nanopartikler, som kan bruges som nanoprober i biodetektionssystemer.