Forskare vid Macquarie University har demonstrerat en ny teknik som utnyttjar förekomsten av främmande atomer i en diamantkristall, använda ljus för att påverka hela nanopartikelns rörelse - öppna dörren för att tillämpa kraftfull kvantteknik för manipulering av ultralätta nanopartiklar och en oöverträffad kontroll av nanoskala.

Forskningen, publicerad i Naturfysik , mätte kraften på nanoskala diamantkristaller (som är så små som en tusendel av ett mänskligt hårs bredd) som var nedsänkta i vatten och fångades optiskt av en tätt fokuserad laserstråle-optisk pincett.

Dr Thomas Volz och kollegor från Institutionen för fysik och astronomi och ARC Center of Excellence on Engineered Quantum Systems (EQuS), fann att när man spårar rörelsen för de enskilda nanodiamanterna i den optiska pincetten, de konstgjorda atomerna hade ett betydande inflytande på nanokristallrörelsen. Detta är anmärkningsvärt, särskilt med tanke på att endast ett fåtal av dessa främmande atomer faktiskt interagerar med det nära-resonanta laserljuset.

"Vanligtvis, ljuset i den optiska pincetten interagerar med själva nanopartikeln. I denna studie introducerades dock en grupp speciella utländska atomer i diamantnanopartikeln. När laserljuset väljs nära övergången av dessa främmande "speciella" atomer, hela kristallens rörelse påverkas, trots att det bara finns cirka 10, 000 av dessa atomer i en kristall gjord av cirka 100 miljoner kol, "sa Dr Volz.

"Dessa nära-resonanta krafter är typiskt kända från manipulation av enstaka atomer med ljus men inte när det gäller nanomanipulation. Denna forskning visar för första gången effekten av dessa krafter i samband med nanomanipulation. Ännu mer intressant är att dessa krafter är endast mätbara på grund av en unik effekt som sällan observeras i naturen:en samverkan mellan de främmande atomerna mellan varandra. Endast genom att dessa atomer agerar tillsammans på ett kooperativt sätt kan vi se deras effekt, "sa författaren Dr Mathieu Juan.

"Vår forskning motiveras av möjligheten att banbryta en teknik som är välkänd från atommanipulation inom nanopartikelmanipulation (i en flytande miljö). Tekniken är kraftfull, och man kan tänka sig att konstruera nanodiamanter med olika typer av främmande atomer för att göra deras effekt ännu starkare och slutligen fånga nanopartiklar så små som några nanometer i diameter samtidigt som de systematiskt flyttar runt dem i celler, "sa Dr Volz.

"De krafter vi observerade har inte setts tidigare och med dessa spännande möjligheter till hands, denna forskning kan leda till att en ny typ av optisk pincett utvecklas, som kommer att ha applikationer inom olika områden. Utöver applikationer inom biologi och medicin där optisk pincett med nära resonans kan användas för bioavbildning och läkemedelsleverans, denna forskning kan påverka områdena kvantananoteknik och avkänning, "sa Dr Carlo Bradac, gemensam författare.