Wetenschappers werken al lang aan het verbeteren van hun vermogen om lasers te gebruiken om kleine objecten te verplaatsen zonder ze daadwerkelijk aan te raken. Deze methode van 'optical trapping and manipulatie' wordt al toegepast in de optica, biologische wetenschappen en scheikunde. Maar objecten worden veel moeilijker te besturen als ze eenmaal op nanoschaal zijn gegroeid.

Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers, waaronder Keiji Sasaki van de Hokkaido Universiteit en de Universiteit van de Prefectuur van Osaka en Hajime Ishihara van de Universiteit van Osaka, hebben een manier gevonden om diamanten nanodeeltjes met een diameter van ongeveer 50 nanometer te verplaatsen, met behulp van tegengestelde lasers. hun experimenten, gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , gericht op verder onderzoek naar de ontwikkeling van toepassingen op gebieden als biologische beeldvorming en kwantumcomputing.

"Wij geloven dat onze aanpak een nieuwe klasse van optische krachtmethodologieën mogelijk kan maken om de kenmerken van geavanceerde nanomaterialen en kwantummaterialen te onderzoeken en om ultramoderne nano-apparaten te ontwikkelen, ' zegt Sasaki.

Nanodiamanten hebben koolstofatoomroosters die soms een imperfectie bevatten waarin twee aangrenzende koolstofatomen zijn vervangen door een stikstofatoom en een vacature (fluorescerend centrum), die hun kwantummechanische eigenschappen beïnvloeden; nanodeeltjes reageren verschillend op licht, afhankelijk van hun kwantummechanische eigenschap. Nanodiamanten met dit fluorescerende centrum (resonante nanodiamanten) absorberen groen licht en zenden rode fluorescentie uit en worden onderzocht voor toepassingen in biologische beeldvorming, sensing en single-photon bronnen. Nanodiamanten zonder fluorescerende centra zijn niet-resonant.

Sasaki en zijn collega's hebben een optische nanovezel geweekt in oplossingen van nanodiamanten met en zonder fluorescerende centra. Door een groene laser door het ene uiteinde van de nanovezel te laten schijnen, werd een enkele nanodiamant met fluorescerende centra gevangen en weggevoerd van de laser.

Resonante en niet-resonante nanodiamanten die in tegengestelde richting bewegen

De wetenschappers toonden aan dat, toen een groene en een rode laser op de nanodiamanten schenen vanaf weerszijden van de optische nanovezel, de beweging van resonante en niet-resonante nanodiamanten kan onafhankelijk worden gecontroleerd:voor de niet-resonante nanodiamanten, de rode laser duwt ze sterker dan de groene laser; echter, de resonerende absorberen het rode laserlicht en worden daardoor sterker door de groene laser geduwd. Dus, ze konden worden gesorteerd op basis van hun optische eigenschappen. Verder, het aantal fluorescerende centra in de resonerende nanodiamanten kon worden gekwantificeerd door hun bewegingen onder deze omstandigheden te observeren.

Door deze techniek te gebruiken om nanodiamanten te vangen en te manipuleren, de wetenschappers hebben een proof of concept aangetoond. Hun volgende stap zou zijn om het toe te passen op organische kleurstof-gedoteerde nanodeeltjes, die kunnen worden gebruikt als nanosondes in biodetectiesystemen.