Вращение нановолокон при помощи света
 Нановолокно, подвергнутое вращению. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Несмотря на то, что сила давления света слишком мала, чтобы чувствовать ее в повседневном макро-мире, она вполне может эксплуатироваться при концентрации определенного количества фотонов в фотонных наноцепях. Ученые часто используют эту методику, чтобы перемещать частицы (размеры которых не превышают нескольких микрон), фиксируя их в «ловушке» в центре лазерного луча; такая техника носит название «оптический пинцет». Методика позволяет достаточно легко при помощи одного только света оперировать такими объектами, как один единственный атом или биологическая клетка.
Ранее световое давление уже применялось и для вращения удлиненных объектов. Однако, для того, чтобы оперировать нанопроводами и нанотрубками, необходим был луч света с круговой поляризацией. Новая методика, предложенная итальянскими учеными из National Nanotechnology Laboratory в University of Salento, предполагает использование светового потока без условий, накладываемых на его поляризацию.
Созданная исследователями экспериментальная установка напоминает перевернутый оптический микроскоп. Начинается процедура вращения с фокусировки лазерного луча малой мощности на одном из концов нановолокна. Само нановолокно при этом должно быть выровнено по оси светового пучка, благодаря чему при помощи высокоточной камеры (которая также является частью установки) можно наблюдать изображение поперечного сечения волокна. Следующим шагом сфокусированный луч перемещается к точке, расположенной чуть выше первоначального центра фокусировки (т.е. чуть выше одного из концов структуры). В результате нановолокно оказывается уже вне ловушки в состоянии нестабильного равновесия под действием других внешних сил.
Далее исследователи повышали мощность лазерного излучения, увеличивая «притяжение» ловушки. Под действием все увеличивающейся оптической силы один из концов нановолокна начинает перемещаться к центру «ловушки», т.е. наклоняться. Так запускается процесс вращения. В дальнейшем процесс может управляться либо повышением мощности лазера, либо изменением наклона нановолокна.
Выполненная учеными работа показывает, что положением и ориентацией в пространстве полимерного нановолокна можно управлять с использованием только лишь светового потока, без специальных условий, накладываемых на его свойства (вроде определенного рода поляризации и т.п.). Учитывая, что подобные полимерные волокна могут использоваться в интегрированных фотонных наноустройствах, у предложенной техники вращения, скорее всего, будет большое будущее. Ведь благодаря этой методике возможно создание исключительно оптико-механических наноустройств; кроме того, открывается путь для разработки приборов, позволяющих измерять силы порядка фемтоньютонов.
По словам итальянской исследовательской группы, следующим шагом будут проведены исследования процесса управления вращением связанной группы полимерных нановолокон. Кроме того, их работа затронет металлические и полупроводниковые наноструктуры. Предположительно, успех в использовании оптических ловушек для подобных наноструктур будет зависеть не только от их состава, но и от геометрии.
Также по теме:
Источники: