Автор AZoNano 29 марта 2021 ]

В течение долгого времени исследователи работали над повышением своего потенциала, чтобы использовать лазеры для перемещения небольших объектов, не касаясь их.

Этот метод «оптического захвата и манипуляции» уже использовался в областях химии, биологических наук и оптики. Однако с объектами становится намного сложнее манипулировать, как только они вырастают до наноразмеров.

В настоящее время исследовательская группа, в которую входят Кейджи Сасаки из Университета Осаки и Хадзиме Исихара из Университета префектуры Осака и Университета Осаки, открыла метод перемещения алмазных наночастиц диаметром около 50 нм с помощью противоположных лазеров.

Как сообщается в журнале Science Advances их эксперименты нацелены на углубленное изучение разработки приложений в таких областях, как квантовые вычисления и биологическая визуализация.

Мы считаем, что наш подход может позволить новый класс методологий оптических сил для исследования характеристик современных наноматериалов и квантовых материалов и для разработки современных наноустройств ».

Кейджи Сасаки, профессор, Научно-исследовательский институт электронных наук, Университет Хоккайдо

Наноалмазы включают решетки атомов углерода, которые иногда имеют дефекты, когда два соседних атома углерода замещаются атомом азота и вакансией (флуоресцентный центр), что влияет на их квантово-механические свойства. Наночастицы по-разному реагируют на свет в зависимости от их квантово-механических свойств.

Наноалмазы с этим флуоресцентным центром (резонансные наноалмазы) имеют тенденцию поглощать зеленый свет и выделять красную флуоресценцию. Они анализируются для применения в источниках одиночных фотонов, биологической визуализации и зондировании. Наноалмазы, в которых отсутствуют эти флуоресцентные центры, считаются нерезонансными.

Сасаки и его сотрудники погрузили оптическое нановолокно в растворы, содержащие наноалмазы с флуоресцентными центрами и без них. Когда зеленый лазер облучался через один конец нановолокна, одиночный наноалмаз с флуоресцентными центрами захватывался и уносился от лазера.

Исследователи показали, что при облучении наноалмазов красным и зеленым лазерами с противоположных сторон оптического нановолокна движение резонансных и нерезонансных наноалмазов можно регулировать отдельно.

Что касается нерезонансных наноалмазов, красный лазер перемещает их сильнее, чем зеленый; но резонансные имеют тенденцию поглощать красный лазерный свет и, таким образом, сильнее перемещаются зеленым лазером.

Таким образом, их можно было сгруппировать в зависимости от их оптических свойств. Более того, количество флуоресцентных центров, присутствующих в резонансных наноалмазах, может быть измерено путем визуализации их движения в таких условиях.

Исследователи продемонстрировали доказательство концепции, применив этот метод для удержания и контроля наноалмазов. Следующим шагом для них будет использование его для наночастиц, легированных органическими красителями, которые могут быть использованы в качестве нанозондов в системах биодетекции.

Это исследование финансировалось Японским обществом содействия науке (JSPS) KAKENHI (номера грантов JP16H06504, JP16H06506, JP18H03882, JP18H05205, JP17K05016, JP19H04529) и Программой совместных исследований Сетевого объединенного исследовательского центра материалов и Devices, Япония.

Резонансные и нерезонансные наноалмазы движутся в противоположных направлениях, когда на них светят лазеры с разной длиной волны. Автор видео: Кейджи Сасаки.

Ссылка на журнал:

Fujiwara, H., и др. . (2021) Оптический отбор и сортировка наночастиц по квантово-механическим свойствам. Достижения науки . doi.org/10.1126/sciadv.abd9551.

Источник: https://www.global.hokudai.ac.jp/