Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Лазер заставил наноалмазы левитировать в вакууме
(фото J. Adam Fenster/University of Rochester).

Наноалмазы, содержащие NV-центры, светятся и левитируют в ходе эксперимента с использованием лазера
Лазер заставил наноалмазы левитировать в вакууме
(фото J. Adam Fenster/University of Rochester).

Леви Неукирч и Ник Вамивакас в своей лаборатории при университете Рочестера

Левитация наноалмазов в вакууме

Ключевые слова:  NV-центры, Квантовые системы, Лазеры, Наноалмазы, Фотолюминесценция

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

14 сентября 2015

Физикам впервые удалось заставить наноалмазы левитировать в вакууме. Исследовательская группа во главе с Ником Вамивакасом (Nick Vamivakas) из университета Рочестера надеется, что эта работа поможет в дальнейшем при изготовлении чрезвычайно чувствительных приборов для измерения крайне малых сил, а также для создания крупномасштабных квантовых систем.

Прежде исследователи уже помещали некоторые типы наночастиц в вакуумные ловушки, однако они не были активированы оптически. В новом же эксперименте наноалмазы содержали азото-замещённые вакансии (NV-центры), которые излучают свет при переходе в возбуждённое состояние и имеют спиновое квантовое число равное единице.

Новая работа демонстрирует, что левитация наноалмазов может быть осуществима не только в воздухе, как это делалось раньше, но и в вакууме. Это оценивается как "важнейший шаг вперёд по сравнению с предыдущими экспериментами с оптической манипуляцией наноалмазами".

Наноалмазы, захваченные при атмосферном давлении, непрерывно сталкиваются с молекулами воздуха вокруг них и возбуждаются. Захват алмазов в вакууме сводит на нет эффект любого воздействия молекул окружающих газов.

"Это позволяет нам механически управлять ими, — говорит Леви Неукирч (Levi Neukirch), ведущий автор исследования. — Наноалмазы фактически превращаются в маленькие гармонические осцилляторы. Мы можем измерить положение алмаза в трёхмерном пространстве и сгенерировать сигнал обратной связи в зависимости от положения и скорости движения наноалмаза. Таким образом можно заглушать его колебания".

Как рассказывают автор исследования, эксперимент проводился путём изменения эффективного потенциала. Чтобы понять, что это такое, учёные предлагают представить алмаз "сидящим" в низине: он может легко закатываться на гору, но, в конечном счёте, всё равно скатиться вниз к подножию.

Исследователи создали особый механизм обратной связи, который делает гору крутой, когда наноалмаз закатывается наверх, но она становится пологой, когда алмаз катится вниз. Теоретически, в конечном итоге это должно привести к тому, что уже у самого подножия горы наноалмаз начинает колебаться то вверх, то вниз. А в таком случае система начнёт вести себя как квантовомеханический осциллятор.

В ходе предыдущих экспериментов алмазы ярко сияли, так как содержали сотни NV-центров, которые начинали излучать свет после того, как их возбуждали лазером. В алмазах, использованных в новом эксперименте, было всего несколько NV-центров (в некоторых алмазах — всего один). С помощью единичного спина в NV-центре и системы, функционирующей в качестве квантовомеханического осциллятора, учёные должны повлиять на спиновое состояние крошечного дефекта внутри наноалмазов, что позволит управлять и всем наноалмазом.

Чтобы осуществить это на практике, вся система должна находиться в вакууме, а также в условиях низкого давления — притом гораздо более низкого, чем можно достичь в лабораторных условиях. Основная проблема заключается в том, что наноалмазы попросту разрушаются при столь низких давлениях.

Попытавшись разрешить эту проблему, учёные заменили обычные наноалмазы наноалмазами, которые были заключены в кварцевую оболочку. Это позволило придать им сферическую форму и сделать их однородными, хоть проблемы такая оболочка и не решила. Учёные отмечают, что это поможет им в будущих экспериментах.

Для того, чтобы измерить и контролировать систему, исследователи использовали два отдельных лазера: один создаёт ловушку для наноалмазов, другой — возбуждает NV-центры. Когда дефекты переходят от возбуждённого состояния к более низкоэнергетическому состоянию, они испускают фотон. Этот процесс известен как фотолюминесценция.

Фотолюминесценция позволяет исследователям определить по энергии излучаемого фотона энергетическую структуру системы, а также контролировать и изменять энергию этой системы. Так и осуществляется "левитация".

Прежде, чем исследователи смогут достичь своей окончательной цели и вернуть наноалмазы к первоначальному энергетическому состоянию, они должны будут выяснить, как предотвратить разрушение наноалмазов при низком давлении.

"Мы продемонстрировали способность контролировать спин NV-центров в левитирующих наноалмазах. Но нам ещё многое сделать", — заключает Неукирч.

Левитирующие в вакууме наноалмазы могут быть использованы для измерения "чрезвычайно малых сил или крутящих моментов", как поясняют исследователи: поскольку наноалмазы, по сути, играют роль наноосцилляторов, на их положение будет воздействовать абсолютно любая, даже самая слабая сила, и её можно будет зарегистрировать и измерить.

Описание эксперимента было опубликовано в журнале Nature Photonics.


Источник: Вести. Наука



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 15 сентября 2015 23:18 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

АСМ изображение эритроцитов мыши на стекле
АСМ изображение эритроцитов мыши на стекле

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Наноструктуры в природе. Крылья ночной бабочки – акустические метаматериалы. Доменный зигзаг: новый поворот в теории микромагнетизма. Новый материал для оптических терагерцовых элементов. Водород в графине. Следопыты сверхбыстрых процессов: определение длительности световой пули. Нобелевская премия 2022.

Наносистемы: физика, химия, математика (2022, Т. 13, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume13/13-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

7-9 октября - Фестиваль НАУКА 0+ в Москве
7-9 октября в Москве будут проходить мероприятия в рамках Всероссийского фестиваля НАУКА 0+ — одного из крупнейших просветительских проектов в области популяризации науки в мире и одного из ключевых событий в рамках Десятилетия науки и технологий.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.