Наноразмерный пучёк-позиционирования
Тщательно настроенный лазерный свет может третировать наночастицы как садовый шланг, распыляющий очень много надувных мячей. Новая теория предсказывает немного удивительных эффектов, когда больше чем одна частица поражена лучом, таким как случай, где частица оттянута к свету, а не отодвинута.
Лазерный луч может отодвинуть наноразмерную частицу давлением его фотонов, но частица может также быть оттянута к свету, когда другие частицы являются соседними - как "лучи трактора" научной фантастики - согласно теории в июньском номере Physical Review B. Теория также предсказывает, что в присутствии света, две частицы могут привлечь или отразить друг друга, и что третья частица может усилить силу между первыми двумя в 100 раз.
Работа предлагает способы управлять частицами, которые могут использоваться, чтобы построить nano-устройства или nano-сложные материалы. В течение многих десятилетий исследователи использовали лазеры, чтобы управлять микроскопическими объектами в воде, такими как бактерии или стеклярус, для многих видов экспериментов, и они также заманили облака в ловушку холодных атомов с лазерами в вакууме. Но немногим удалось переместить частицы в промежуточный масштаб десятков миллимикронов - диапазон размера, существенный для будущей нанотехнологии
Такие частицы являются настолько маленькими, что трудно поразить их с достаточным количеством света, чтобы иметь много эффекта. Но исследователи имели некоторый успех, когда лазер настроен на частоту, которая соответствует различию энергии между двумя электронными состояниями в частице.
Эта техника "резонанса" позволяет частице поглощать намного больше фотонов, и выдвигаться лучом тем же самым путем, брызги от садового шланга могут выдвинуть надувной мяч.
Количество поглощения зависит от деталей частицы, так в конечном счете, частицы могли быть разделены по размеру или квантовому состонию, или помещены в определенных группах, чтобы спроектировать устройство или новый материал. Их работа пытается соединить промежуток между просто механическими квантом теориями взаимодействий лазерного атома и просто классическими теориями частиц размера микрона. Команда проанализировала несколько конфигураций двух или трех сфер полупроводника с диаметром 20-нанометров, поражаемых лазерным светом.
Теоретики включали эффекты квантовых состояний электронов в каждой сфере и электромагнитных сил частиц на друг друге.
Например, с тремя частицами расположенные одина выше следующей, и лазерного света, сияющего от стороны, команда обнаружила, что средняя частица могла быть оттянута к лазеру - эквивалент надувного мяча, перемещающегося против потока от садового шланга.
Эффект происходит, когда электроны в средней частице - перемещающийся вверх и вниз в ответ на колеблющееся электрическое поле лазера - выходят из шага с теми в верхних и более низких частицах, благодаря электромагнитным взаимодействиям среди всех трех.
В другом сценарии, при условиях, где две наночастицы были бы привлечены друг к другу, взаимодействия с третьей частицей между ними могут повысить привлекательность в 100 раз. Исследователи надеются, что их теория приведет к новым способам сортировать и строить наночастицы.
Мэтью Пэлтон из Аргонна Национальная Лаборатория в Иллинойсе нашол некоторые интересные результаты, но подозревает, что они будут "очень трудными проверить в лаборатории" с текущей технологией.
Мунир Найфех из Университета Иллинойса в Urbana-Champaign соглашается, что эксперименты будут трудными, учитывая текущую нехватку контроля особенностей наночастиц. Iida возражает, что nanoparticle сортировка предложенного его работой мог улучшить тот контроль.
Найфех добавляет, что, если бы это может быть достигнуто, понятие команды Осаки "реконструировало бы способность массового производства наноструктур по требованию."
