Лазерный мир

Ученые уже давно работают над улучшением своей способности использовать лазеры для перемещения небольших объектов, фактически не касаясь их. Этот метод «оптического захвата и манипуляции» уже используется в оптике, биологии и химии. Но когда объекты вырастают до наноразмеров, управлять ими становится гораздо труднее.

Теперь группа ученых, в которую входят Кейджи Сасаки из Университета Хоккайдо и Университет префектуры Осака и Хадзиме Исихара из Университета Осаки, нашли способ перемещать алмазные наночастицы диаметром около 50 нанометров с помощью противоположных лазеров. Их эксперименты направлены на дальнейшие исследования в области разработки приложений в таких областях, как создание биологических изображений и квантовые вычисления.

«Мы считаем, что наш подход может позволить использовать новый класс методологий оптических сил для исследования характеристик современных наноматериалов и квантовых материалов, а также для разработки современных наноустройств», — говорит Сасаки.

У наноалмазов есть решетки атомов углерода, которые иногда содержат дефекты, в которых два соседних атома углерода заменяются атомом азота и вакансией (флуоресцентный центр), что влияет на их квантово-механические свойства; наночастицы по-разному реагируют на свет в зависимости от своих квантово-механических свойств. Наноалмазы с этим флуоресцентным центром (резонансные наноалмазы) поглощают зеленый свет и излучают красную флуоресценцию и исследуются на предмет применения в области биологической визуализации, зондирования и однофотонных источников. Наноалмазы без флуоресцентных центров нерезонансны.

Сасаки и его коллеги пропитали оптическое нановолокно растворами наноалмазов с флуоресцентными центрами и без них. При прохождении зеленого лазера через один конец нановолокна один наноалмаз с флуоресцентными центрами захватывается и перемещается от лазера.

Ученые продемонстрировали, что, когда зеленый и красный лазер освещают наноалмазы с противоположных сторон оптического нановолокна, движение резонансных и нерезонансных наноалмазов можно независимо контролировать: для нерезонансных наноалмазов красный лазер толкает их сильнее зеленого лазера; однако резонансные поглощают красный лазерный свет и, следовательно, сильнее выталкиваются зеленым лазером. Таким образом, их можно

было отсортировать по оптическим свойствам. Кроме того, количество флуоресцентных центров в резонансных наноалмазах может быть определено количественно, наблюдая за их движением в этих условиях.

Используя эту технику для улавливания наноалмазов и манипулирования ими, ученые продемонстрировали доказательство концепции. Их следующим шагом будет применение его к наночастицам, легированным органическими красителями, которые могут быть использованы в качестве нанозондов в системах биодетекции. 

Источник:  https://scientificrussia.ru/articles/sortirovka-nanoalmazov-s-fluorestsentnymi-tsentrami