Forskare har länge arbetat med att förbättra sin förmåga att använda laser för att flytta små föremål utan att faktiskt röra dem. Denna metod för "optisk fångst och manipulation" används redan inom optik, biologiska vetenskaper och kemi. Men föremål blir mycket svårare att kontrollera när de växer till nanoskala.

Nu, ett team av forskare inklusive Hokkaido Universitys Keiji Sasaki och Osaka Prefecture University och Osaka Universitys Hajime Ishihara har hittat ett sätt att flytta diamantnanopartiklar på cirka 50 nanometer i diameter, använder motsatta lasrar. Deras experiment, publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg , syfta till att ytterligare forska om utvecklingen av tillämpningar inom områden som biologisk avbildning och kvantberäkning.

"Vi tror att vårt tillvägagångssätt kan möjliggöra en ny klass av optiska kraftmetoder för att undersöka egenskaperna hos avancerade nanomaterial och kvantmaterial och för att utveckla toppmoderna nanoenheter, säger Sasaki.

Nanodiamanter har kolatomgitter som ibland innehåller en ofullkomlighet där två angränsande kolatomer ersätts med en kväveatom och en vakans (fluorescerande centrum), som påverkar deras kvantmekaniska egenskaper; nanopartiklar reagerar olika på ljus beroende på deras kvantmekaniska egenskaper. Nanodiamanter med detta fluorescerande centrum (resonant nanodiamanter) absorberar grönt ljus och avger röd fluorescens och undersöks för tillämpningar inom biologisk avbildning, avkännings- och enfotonkällor. Nanodiamanter utan fluorescerande centra är icke-resonanta.

Sasaki och hans kollegor dränkte en optisk nanofiber i lösningar av nanodiamanter med och utan fluorescerande centra. Att lysa en grön laser genom ena änden av nanofibern fångade en enda nanodiamant med fluorescerande centra och transporterade bort den från lasern.

Resonanta och icke-resonanta nanodiamanter rör sig i motsatta riktningar

Forskarna visade att när en grön och en röd laser lyste på nanodiamanterna från motsatta sidor av den optiska nanofibern, rörelsen av resonanta och icke-resonanta nanodiamanter kan kontrolleras oberoende:För icke-resonanta nanodiamanter, den röda lasern trycker dem starkare än den gröna lasern; dock, de resonanta absorberar det röda laserljuset och pressas därför starkare av den gröna lasern. Således, de kunde sorteras utifrån deras optiska egenskaper. Vidare, antalet fluorescerande centra i de resonanta nanodiamanterna kunde kvantifieras genom att observera deras rörelser under dessa förhållanden.

Genom att använda denna teknik för att fånga och manipulera nanodiamanter, forskarna har visat ett proof of concept. Deras nästa steg skulle vara att applicera det på organiska färgdopade nanopartiklar, som kan användas som nanosonder i biodetektionssystem.