"Сяй і лети!" - вченим з допомогою лазера вдалося змусити левітіровать крихітний кристал алмазу
Крихітна цятка яскравого зеленого світла, яке можна побачити на наведеному вище знімку, є частинкою алмазної "пилу", спійманої в енергетичну пастку променя лазерного світла. Цього вдалося домогтися групі дослідників з університету Рочестера (University of Rochester), очолюваної професором Ніком Вэмивэкасом (Nick Vamivakas), які вивчають фізичні явища, що відбуваються на кордоні між макро - і квантовим світом.
У статті, підготовленій для публікації в журналі Optics Letters, дослідники докладно описують методи і технології, з допомогою яких їм вдалося підняти, захопити і управляти положенням кристала алмаза, розміром всього 100 нанометрів. Крім цього, з допомогою додаткових прийомів, дослідники змусили цей кристал випромінювати фотони світла різних довжин хвиль, перетворивши цей кристал в універсальний перебудовується джерело світла.
Світло, що випромінюється кристалом алмаза, з'являється внаслідок явища фотолюмінесценції. Дефекти кристалічної гратки алмазу, які є атомами чужорідного речовини, домішками, спеціально включеними до складу кристала, поглинають фотони світла другого променя лазера. Це призводить до порушення атомів домішки, яких електрони переходять на більш високий енергетичний стан. Через якийсь дуже короткий час електрони повертаються до колишнього стану, випромінюючи фотон світла певної довжини хвилі. За допомогою цього процесу, відомого під назвою оптичної накачки, вчені, змінюючи характеристики світла лазера накачування, змусили кристал алмазу випромінювати світло різних довжин хвиль.
Для захоплення і утримання кристала алмазу дослідники використовували досить відомий і поширений метод, званої оптичної пасткою. Цей метод працює за рахунок ефекту виникнення притягають або відштовхують сил, діючих на наночастицу з ізоляційного матеріалу під впливом сфокусованого променя світла потужного лазера. Саме ці ефекти протягом деякого часу використовуються вченими в якості оптичного пінцета і на основі таких ефектів можуть бути створені силові промені, які дозволять маніпулювати і переміщати об'єкти в просторі.
Але, на відміну від управління оптичним пінцетом, процес упіймання кристалів алмазу в оптичну пастку є набагато більш складним заняттям. Для цього дослідники розпилювали аерозольний склад, що містить алмазні наночастинки, в межах робочого простору лазера. Деякі з наночастинок потрапляли в потрібну область дії лазерного променя і фіксувалися в точці оптичної пастки.
"Нам потрібно від декількох хвилин до півгодини часу і кілька спроб розпилення аерозолю в робочій області, перш ніж один з мікроскопічних кристалів був спійманий в пастку. Але, зловивши кристал в цю пастку, ми могли утримувати його там практично нескінченно довго, що дозволяло нам зробити свої основні експерименти" - розповідає Леві Неукирч (Levi Neukirch), аспірант з університету Рочестера.
Ґрунтуючись на результатах своїх успішних досліджень, вчені планують використовувати розроблену ними технологію для створення високочутливого нано-сенсорного обладнання, за допомогою якого можна буде з неймовірно високою точністю вимірювати різні фізичні величини та константи, що дозволить вченим пояснити деякі з найбільш фундаментальних загадок сучасної фізики.