激光行业一周科技动态：激光打开量子世界新天地

2013-05-06 08:51

　　4、【微观】激光操纵纳米粒子创建新材料

　　科学家采用采用激光束使一个简单的光学系统能够聚集二维结构的纳米粒子，可导致形成应用于传感器和光子器件的新材料。而且提供了一段视频资料，视频显示直径520 nm 的聚苯乙烯粒子组装到一个正方形的硅光子晶体上的小洞里。

　　自20世纪70年代以来，物理学家们用激光光束捕获和研究物体，从细胞小到单个原子。最近，研究人员已经开发出束激光系统（multilaser systems），可以同时操控许多粒子。但是这些系统都是又大又复杂，所以其应用受到限制。

　　然而，现在科学家已经开发出一个简单的系统，使用一个单一的激光束在同一时间直接操控数以百计的粒子，使其组装在二维结构之中。相关研究结果已经在《纳米快报》杂志发表（Nano Lett.， DOI：10.1021/nl400918x）。这种紧凑的光学捕获可能最终帮助研究人员制造用于传感器、光学设备以及化学过滤器的新型材料。在光学捕获中，聚光束对于微粒施加一种作用力，使其朝着聚光束最强的位置移动。当前的系统可以同时操控许多粒子，但是它是通过使用配置许多透镜头的空间占用设置（space-hogging setups）形成复合光场。

　　美国南加州大学（University of Southern California）的电子工程师米切尔·波维内丽（Michelle Povinelli）欲开发一种形成这类复合光场的简单系统。她构想了一个足够小，适合一个芯片的简单系统。这样，研究人员可以很容易将捕获集成到像光子电路或化学传感器这样的设备之中，使他们更便于应用。米切尔·波维内丽的光学捕获使用一种称为光子晶体，有花纹图案的硅板。她和她的合作者对其蚀刻了许多很整齐的小孔，直径为300 nm，小孔之间间隔的860 nm。他们将制作好的硅板沉浸在一种悬浮着直径为520 nm 的聚苯乙烯颗粒的环境下，用激光从其下面进行照射。就可以看到悬浮在硅晶板上方的颗粒，然后开始移动而进入小孔，形成了一个边长为13μm的正方形晶格（见图1）。图1中灰色具有小孔的是硅板，红色的为聚焦激光光束，而蓝色的为纳米粒子，受到激光束的作用，纳米粒子进入小孔形成规整的二维形状。

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