(Phys.org)—NIST Center for Nanoscale Science and Technology-onderzoekers Gregg Gallatin en Andrew Berglund (nu bij Quantifind in Palo Alto, CA) hebben het optimale pad bepaald om een ​​laserstraal te scannen om een ​​fluorescerend nanodeeltje te volgen terwijl het deeltje in twee of drie dimensies in een vloeistof of gas beweegt.

Het vermogen om nanodeeltjes nauwkeurig te volgen is uiterst nuttig in de biologie, in vloeistofdynamica op nanoschaal, en in nanotechnologie in het algemeen. In de biologie, bijvoorbeeld, als een of meer fluorescerende nanodeeltjes aan een eiwit in een cel zijn gehecht, kan de positie en oriëntatie van dat eiwit worden gevolgd terwijl het zijn functies in de cel vervult. Bij nanofabricage, veel technieken omvatten nanodeeltjes of nanostructuren die samenvloeien om bruikbare materialen of apparaten te vormen en het optimaliseren van deze processen vereist nauwkeurige gegevens over hoe deze nanostructuren bewegen. Het pad dat de onderzoekers hebben afgeleid, wordt als optimaal beschouwd omdat het de meest nauwkeurig mogelijke gegevens oplevert over de positie van het nanodeeltje als functie van de tijd.

De onderzoekers ontwikkelden een eenvoudige formule om de algehele positionele nauwkeurigheid te bepalen als een functie van verschillende standaard laserstraalparameters zoals straalintensiteit en straalgrootte. De formule voor het optimale pad is afgeleid met behulp van een klassieke wiskundige techniek, de calculus van variaties, en de resulterende oplossing werd geverifieerd door aan te tonen dat deze voldoet aan de voorwaarden van globale optimaliteit (d.w.z. het is de beste oplossing van alle mogelijke oplossingen) met behulp van de theorie van optimaal experimenteel ontwerp. De positionele nauwkeurigheid werd bepaald met behulp van klassieke statistische methoden. interessant, hoewel het pad in twee dimensies vloeiend kan zijn, in drie dimensies moet de straal hoppen om optimaal te zijn.

Hoewel de nauwkeurigheidsformule is afgeleid voor de meest voorkomende vorm van een laserstraal, een Gaussiaans, de onderzoekers breiden het werk uit om te laten zien hoe het veranderen van de vorm van de laserstraal de trackingnauwkeurigheid verder kan verbeteren.