Onderzoekers van de Macquarie University hebben een nieuwe techniek gedemonstreerd die gebruikmaakt van de aanwezigheid van vreemde atomen in een diamantkristal. licht gebruiken om de beweging van het hele nanodeeltje te beïnvloeden - de deur openen naar het toepassen van krachtige kwantumtechnologieën voor de manipulatie van ultrakleine nanodeeltjes en een ongekende mate van controle op nanoschaal.

Het onderzoek, gepubliceerd in Natuurfysica , de kracht gemeten op nanoschaal diamantkristallen (die zo klein zijn als een duizendste van de breedte van een mensenhaar) die werden ondergedompeld in water en optisch gevangen door een strak gerichte laserstraal-optische pincet.

Dr. Thomas Volz en collega's van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde en het ARC Center of Excellence on Engineered Quantum Systems (EQuS), ontdekte dat bij het volgen van de beweging van de individuele nanodiamanten in het optische pincet, de kunstmatige atomen hadden een significante invloed op de nanokristalbeweging. Dit is opmerkelijk, vooral gezien het feit dat slechts een paar van deze vreemde atomen daadwerkelijk interageren met het bijna-resonante laserlicht.

"Gebruikelijk, het licht in het optische pincet interageert met het nanodeeltje zelf. In deze studie werd echter een groep speciale vreemde atomen geïntroduceerd in het diamantnanodeeltje. Wanneer het laserlicht dicht bij de overgang van deze vreemde 'speciale' atomen wordt gekozen, de beweging van het hele kristal wordt beïnvloed, ondanks dat het er maar ongeveer 10 zijn, 000 van deze atomen in een kristal gemaakt van ongeveer 100 miljoen koolstoffen, ’ zei dokter Volz.

"Deze bijna-resonante krachten zijn meestal bekend van de manipulatie van afzonderlijke atomen door licht, maar niet in het geval van nanomanipulatie. Dit onderzoek toont voor het eerst het effect van deze krachten aan in de context van nanomanipulatie. Nog interessanter, deze krachten zijn alleen meetbaar vanwege een uniek effect dat zelden wordt waargenomen in de natuur:een coöperatieve interactie van de vreemde atomen met elkaar. Alleen door deze atomen op een coöperatieve manier samen te werken, kunnen we hun effect zien, " zei eerste auteur dr. Mathieu Juan.

"Ons onderzoek wordt gemotiveerd door de mogelijkheid om een ​​pionier te zijn van een techniek die bekend is van atoommanipulatie op het gebied van manipulatie van nanodeeltjes (in een vloeibare omgeving). De techniek is krachtig, en men kan denken aan het construeren van nanodiamanten met verschillende soorten vreemde atomen om hun effect nog sterker te maken en uiteindelijk nanodeeltjes met een diameter van slechts enkele nanometers op te vangen terwijl ze systematisch in cellen worden verplaatst, ’ zei dokter Volz.

"De krachten die we hebben waargenomen zijn nog niet eerder gezien en met deze opwindende mogelijkheden bij de hand, dit onderzoek zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van een nieuw type optisch pincet, die toepassingen op verschillende gebieden zal hebben. Naast toepassingen in de biologie en geneeskunde waar bijna-resonante optische pincetten kunnen worden gebruikt voor bio-imaging en medicijnafgifte, dit onderzoek kan van invloed zijn op de gebieden van kwantumnanotechnologie en detectie, " zei dokter Carlo Bradac, gezamenlijke eerste auteur.