อุปกรณ์ใหม่ที่แปลงแสงเลเซอร์เป็นงานเชิงกลสามารถใช้เพื่อจัดการกับวัตถุขนาดนาโนสำหรับการใช้งานในนาโนฟลูอิดิกส์และการคัดแยกอนุภาค แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโกซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยเพื่อพัฒนาอุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งใช้อนุภาคนาโนหกเหลี่ยมที่ประกอบขึ้นเองซึ่งทำงานเหมือนเกียร์ สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมทั่วไป เช่น ของเหลวอุณหภูมิห้องมัน. “เกียร์” ในการศึกษานี้ประกอบด้วย
สสารเชิงแสง
ซึ่งเป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่อนุภาคนาโนของโลหะถูกยึดไว้ด้วยแสงแทนที่จะเป็นพันธะเคมีที่รวมอะตอมเข้าด้วยกันในสสารธรรมดา รัศมีของอนุภาคนาโนนั้นเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงมาก และ “พันธะ” ที่ใช้แสงซึ่งเชื่อมโยงพวกมันนั้นเกิดจากอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคที่ทำให้พวกมันประกอบตัวเอง
เป็นอาร์เรย์ที่สั่งไว้การค้นหาวิธีที่จะทำให้เครื่องนาโนที่ประกอบตัวเองด้วยพลังงานแสงเหล่านี้สามารถทำงานได้เป็นเป้าหมายอันยาวนานในด้านโฟโตนิกส์นี้ เครื่อง OM ใหม่บรรลุวัตถุประสงค์นี้โดยการแปลงโมเมนตัมเชิงมุมของสปิน (SAM) ซึ่งเป็นหนึ่งในสององค์ประกอบอิสระของโมเมนตัมเชิงมุมของแสง
ไปเป็นส่วนประกอบอื่น ซึ่งก็คือโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (OAM) เป็นคุณสมบัติที่คุ้นเคยของแสงที่แสดงตัวเป็นโพลาไรเซชัน มันเกิดขึ้นเมื่อเวกเตอร์สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของแสงหมุนไปตามความยาวคลื่น OAM ไม่ค่อยเป็นที่รู้จักนัก (ค้นพบในปี 1992 เท่านั้น) และผลกระทบของมัน
คือการบิดหน้าคลื่นของลำแสงไปตามแกนการแพร่กระจายของมันเพื่อให้มีรูปร่างเป็นเกลียวโดยไม่มีความเข้มเป็นศูนย์ที่กึ่งกลาง โดยหลักการแล้วลำแสงสามารถบิดเป็นจำนวนเท่าใดก็ได้ ยิ่งบิดมากเท่าไหร่ การหมุนของหน้าคลื่นก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายยิ่งขึ้น
เนื่องจาก SAM สามารถมีค่าได้เพียงสองค่าเท่านั้น โพลาไรซ์แบบวงกลมด้านขวาหรือด้านซ้าย การใช้งานจึงค่อนข้างจำกัด ในทางตรงกันข้าม OAM ซึ่งเป็นผลมาจากการหมุนเฟสของคลื่นแสง สามารถรับค่าใดๆ ก็ได้ ความแปรปรวนนี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึง “ประแจออปติคัล”
ซึ่งเป็น
อุปกรณ์ที่ดักจับและหมุนอนุภาคขนาดเล็กโดยใช้แสง การถ่ายโอนข้อมูลผ่านใยแก้วนำแสงโดยไม่มีครอสทอล์ค ( มัลติเพล็กซ์ซิ่ง ) เป็นอีกแอพพลิเคชั่นหนึ่งที่มีศักยภาพ ในงานก่อนหน้านี้ และเพื่อนร่วมงานค้นพบว่าเมื่อพวกเขาใช้แสงโพลาไรซ์แบบวงกลมกับสสารออปติก อนุภาคนาโนจะหมุน
เหมือนวัตถุแข็งในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของโพลาไรซ์ พูดง่ายๆ ก็คือ เมื่อแสงที่ตกกระทบหมุนไปทางหนึ่ง อาร์เรย์ของสสารออปติกจะหมุนไปอีกทางหนึ่ง นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าพวกเขาสามารถพัฒนาเครื่องจักรโดยใช้ “แรงบิดเชิงลบ” ตามที่เรียกกัน เครื่อง OM ทำงานเหมือนเครื่องจักรกลไก
ในการทดลองใหม่ซึ่งอธิบายไว้ในOpticaนักวิจัยได้เริ่มสร้างเครื่อง OM ที่ทำหน้าที่เหมือนเกียร์ที่เชื่อมต่อกัน เมื่อหมุนเฟืองที่ใหญ่กว่า เฟืองที่เชื่อมต่อกันที่เล็กกว่าจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ในการสร้างเครื่องจักรตามการออกแบบนี้ นักวิจัยใช้อนุภาคนาโนเงินที่มีรัศมีเพียง 75 นาโนเมตร
แขวนลอยอยู่ในน้ำ และแสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 600 นาโนเมตร นักวิจัยอธิบายว่าแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมจากเลเซอร์ทำให้อนุภาคนาโนก่อตัวเป็นอาร์เรย์ OM ซึ่งทำหน้าที่เหมือนเฟืองขนาดใหญ่ในเครื่อง และหมุนในสนามแสงของเลเซอร์ “เกียร์” OM นี้จะแปลงแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมของเลเซอร์
จากการทดลองพบว่าเฟืองขนาดใหญ่ที่มีอนุภาคนาโน 8 อนุภาคมีประสิทธิภาพมากกว่าเฟืองที่มีอนุภาคนาโน 7 อนุภาค สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสามารถปรับประสิทธิภาพของเครื่องจักรได้โดยใช้จำนวนอนุภาคที่แตกต่างกัน สร้างเครื่องจักรที่มีอนุภาคอีกมากมาย“เราเชื่อว่าสิ่งที่เราแสดงให้เห็นด้วยการปรับแต่งเพิ่มเติม
จะเป็นประโยชน์ในการคัดแยกของไหลนาโนและการคัดแยกอนุภาค” ผู้เขียนการศึกษารายแรกกล่าว “การจำลองของเราแสดงให้เห็นว่าเครื่องจักรขนาดใหญ่กว่ามากที่ทำจากอนุภาคจำนวนมากควรจะสามารถใช้พลังงานได้มากขึ้นกับโพรบ ดังนั้นนั่นคือแง่มุมของการปรับแต่งที่เราคาดว่าจะดำเนินการ”
นักวิจัย
กำลังสำรวจความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่อง OM ด้วยอนุภาคของวัสดุต่างๆ รวมถึงอนุภาคจำนวนมากขึ้น พวกเขายังสนใจที่จะทำให้เครื่องจักรของพวกเขาใช้งานได้จริงมากขึ้นด้วยการสร้างเฟืองที่มีลวดลายซึ่งอนุภาคนาโนจะอยู่กับที่ การดัดแปลงนี้จะช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งเกียร์
ที่มีซีลีเนียมสามารถเตรียมได้ในปริมาณมากโดยการ “ประกบ” ดีเอ็นเอของมนุษย์เข้ากับแบคทีเรีย จากนั้นเพาะเลี้ยงแบคทีเรียบนสารตั้งต้นที่มีซีลีโน-เมไธโอนีน ซึ่งเป็นกรดอะมิโนเทียมซึ่งกำมะถันถูกแทนที่ด้วยซีลีเนียม คริสตัลของโปรตีนที่มีฉลากซีลีเนียมจะโตขึ้น การเปลี่ยนแปลงความเข้ม
ของการเลี้ยวเบนที่เกิดจากการเปลี่ยนความยาวคลื่นตกกระทบเพื่อ “กระตุ้น” อะตอมของซีลีเนียมสามารถวัดได้อย่างแม่นยำด้วยเครื่องตรวจจับพื้นที่อิเล็กตรอนสมัยใหม่ ที่เข้ามาแทนที่ฟิล์มถ่ายภาพ
อีกวิธีหนึ่งเรียกว่าการแทนที่ไอโซมอร์ฟัสเดี่ยวด้วยการกระเจิงผิดปกติที่เหมาะสมที่สุด
ในวิธีนี้ ตัวอย่างเช่น อะตอมของซีนอนถูกบังคับให้เข้าไปในกระเป๋าบนพื้นผิวโปรตีนโดยการจับผลึกโปรตีนที่ความดันสูงในก๊าซซีนอน ซีนอนมีขอบการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่ 0.35 Å ดังนั้นอะตอมของซีนอนจึงสามารถเปิดใช้งานได้โดยการแผ่รังสีที่ต่ำกว่าความยาวคลื่นนี้ ในการทดลองเหล่านี้
ข้อมูลจะถูกรวบรวมที่ความดันมาตรฐาน เมื่อโปรตีนอยู่ในรูปแบบ “ดั้งเดิม” และไม่มีซีนอน และอีกครั้งที่ความดันสูงเมื่อมีซีนอน ดังนั้นชุดข้อมูลสองชุดจะถูกวัดที่ความยาวคลื่นเดียว แม้ว่าสัญญาณ จะแรงกว่าสัญญาณจากเทคนิคหลายความยาวคลื่นมาก แต่ความยาวคลื่นสั้นของขอบซีนอนหมายความว่า
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
