日本科学家成功使用不同波长的激光操纵金刚石纳米颗粒

   小金工        

2021年3月31日,日本札幌市,来自北海道大学、大阪府大学和大阪大学的科学家展示了使用不同波长的激光束并从相反的方向移动大小约为50 nm的金刚石纳米颗粒的能力。概念验证实验。演示的方法基于光学陷阱的基本原理和结果,旨在为生物成像和量子计算中未来和即将出现的应用奠定基础。


日本科学家成功使用不同波长的激光操纵金刚石纳米颗粒


纳米金刚石具有碳原子晶格,该碳原子晶格可能包含缺陷,该缺陷导致氮原子和荧光中心或物理空位取代了两个相邻的碳原子。缺陷改变了受影响的纳米金刚石的量子力学性能,从而改变了其纳米颗粒对光的反应。这些纳米金刚石(当具有此荧光中心时称为“共振”纳米金刚石)吸收绿光并发出红色荧光。


由于这些特性和特征,正在研究共振纳米金刚石用于生物传感应用,生物成像以及作为单光子源。


在当前的工作中,由北海道大学的佐佐木敬二(Keiji Sasaki)领导的研究人员使用具有和不具有荧光中心的纳米金刚石,将光学纳米纤维浸入了基于纳米金刚石的溶液中。他们使用绿色激光并将其照射到纳米纤维的一端,捕获了一个带有荧光中心的纳米金刚石,并成功地将其从激光中移走。纳米金刚石的确吸收了部分激光,而激光的一部分被散射了。


日本科学家成功使用不同波长的激光操纵金刚石纳米颗粒


作用在纳米金刚石上的光学力。纳米金刚石吸收了照射在其上的一部分激光(F abs);一些光也被散射(F sca)。这些力之间的相互作用导致纳米金刚石的运动。由藤原英树(Hideki Fujiwara)等提供


研究人员还证明,当他们从纳米纤维的相对侧向纳米直径的光束照射绿色和红色激光时,他们能够独立地控制共振和非共振纳米直径的运动。


红色激光以比绿色激光更大的强度推动了非共振纳米金刚石。当共振的纳米金刚石吸收红光时,绿色激光以更高的强度推动共振的纳米金刚石。


此外,通过观察他们在执行工作的精确条件下的运动,科学家们能够确定每个共振纳米金刚石中存在的荧光中心的数量。


经过成功的概念验证,该团队成员表示,下一步是将其捕获和处理纳米金刚石的方法应用于掺杂染料的纳米颗粒。这些有机纳米颗粒可以在生物检测系统中充当纳米探针。


该研究得到了日本科学促进会和材料与设备网络联合研究中心的合作研究计划的支持。


这项研究发表在《科学进展》上 。



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