Gli scienziati hanno lavorato a lungo per migliorare la loro capacità di utilizzare i laser per spostare piccoli oggetti senza toccarli effettivamente. Questo metodo di "intrappolamento e manipolazione ottica" è già utilizzato in ottica, scienze biologiche e chimica. Ma gli oggetti diventano molto più difficili da controllare una volta che raggiungono dimensioni su scala nanometrica.

Ora, un team di scienziati tra cui Keiji Sasaki dell'Università di Hokkaido e l'Università della Prefettura di Osaka e Hajime Ishihara dell'Università di Osaka hanno trovato un modo per spostare nanoparticelle di diamante di circa 50 nanometri di diametro, utilizzando laser opposti. I loro esperimenti, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , mirano ad approfondire la ricerca nello sviluppo di applicazioni in campi come l'imaging biologico e l'informatica quantistica.

"Riteniamo che il nostro approccio possa consentire a una nuova classe di metodologie di forza ottica di studiare le caratteristiche di nanomateriali avanzati e materiali quantistici e di sviluppare nanodispositivi all'avanguardia, "dice Sasak.

I nanodiamanti hanno reticoli di atomi di carbonio che a volte contengono un'imperfezione in cui due atomi di carbonio vicini vengono sostituiti con un atomo di azoto e una vacanza (centro fluorescente), che influenzano le loro proprietà quantomeccaniche; le nanoparticelle reagiscono alla luce in modo diverso a seconda della loro proprietà quantomeccanica. I nanodiamanti con questo centro fluorescente (nanodiamanti risonanti) assorbono la luce verde ed emettono fluorescenza rossa e vengono studiati per applicazioni nell'imaging biologico, sorgenti di rilevamento e a singolo fotone. I nanodiamanti senza centri fluorescenti non sono risonanti.

Sasaki e i suoi colleghi hanno immerso una nanofibra ottica in soluzioni di nanodiamanti con e senza centri fluorescenti. Far brillare un laser verde attraverso un'estremità della nanofibra ha intrappolato un singolo nanodiamante con centri fluorescenti e lo ha trasportato lontano dal laser.

Nanodiamanti risonanti e non risonanti che si muovono in direzioni opposte

Gli scienziati hanno dimostrato che, quando un laser verde e uno rosso brillavano sui nanodiamanti dai lati opposti della nanofibra ottica, il movimento dei nanodiamanti risonanti e non risonanti potrebbe essere controllato indipendentemente:per i nanodiamanti non risonanti, il laser rosso li spinge più forte del laser verde; però, quelli risonanti assorbono la luce laser rossa e sono quindi spinti più fortemente dal laser verde. Così, potrebbero essere ordinati in base alle loro proprietà ottiche. Per di più, il numero di centri fluorescenti nei nanodiamanti risonanti potrebbe essere quantificato osservando i loro movimenti in queste condizioni.

Usando questa tecnica per intrappolare e manipolare i nanodiamanti, gli scienziati hanno dimostrato una prova del concetto. Il loro prossimo passo sarebbe applicarlo a nanoparticelle organiche drogate con coloranti, che possono essere utilizzate come nanosonde nei sistemi di biorilevazione.