تشييد وتشغيل نظام موتور يحركها الضوء الروتاري نانورود الذهب

الهدف العام لهذا النظام التجريبي هو توليد وقياس الدوران وعزم الدوران على مقياس النانو باستخدام ملاقط بصرية مستقطبة دائريا. يمكن استجواب الأجسام الدوارة باستخدام أجهزة إضافية لتحليل ديناميكيات البراونية والتحليل الطيفي لتشتت الضوء. يمكن أن تساعدنا هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في الفيزياء الحرارية والبصرية على مقياس النانو.

على سبيل المثال ، يتعلق بانتشار الجسيمات النانوية البراونية ونقل الزخم الزاوي البصري إلى جسيم نانو. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بدوران ثابت لجسيمات النانو عند الترددات العالية ، وأن القياسات توفر معلومات مفصلة حول جسيم النانو وبيئاته المباشرة. الفكرة هي احتجاز جسيم نانو معدني بواسطة شعاع ليزر مركز في إعداد الملقط البصري.

إذا كان ليزر الاصطياد مستقطبا دائريا ، فسوف يدور جسيم النانو بسبب نقل الزخم الزاوي من الضوء. قم ببناء الإعداد حول مجهر مقلوب مناسب. يتضمن الإعداد عناصر لكل من الملقط البصري والقياسات على جسيم محاصر

هذا تمثيل تخطيطي للإعداد. في الوقت الحالي ، ركز على عناصر الملقط البصري. اختر ليزر مستقطب خطيا بحجم 660 نانو متر مع طاقة خرج ثابتة تصل إلى 500 مللي واط.

استخدم العدسات في تكوين تلسكوب كيبلر لتوسيع الحزمة. استخدم المرايا في الحوامل الحركية لتوجيه شعاع الليزر إلى المجهر. داخل المجهر ، استخدم مقسم شعاع 50 50 لربط ضوء الليزر بالهدف.

للمحاذاة وجمع البيانات ، قم بتضمين كاميرا في مسار الضوء المنعكس. في هذه الحالة ، يمكن للمرآة المحورية داخل المجهر توجيه الضوء إليها. اضبط عدسات الكبلر لتوسيع الشعاع.

اجعل الشعاع أكبر قليلا من الفتحة الخلفية لهدف المحاصرة لتحسين التركيز. تحرك على طول مسار الشعاع للتحقق من الموازاة. يجب أن يكون قطر الحزمة ثابتا أثناء انتشاره إلى الهدف.

ركز الليزر على شريحة زجاجية أو مرآة. قم بإجراء الضبط الدقيق باستخدام المرايا في مسار الشعاع. يحتوي الليزر المحاذي بشكل غير صحيح على نمط شدة غير متماثل شعاعيا.

إذا تمت محاذاة الليزر ، فإن نمط شدته يكون متماثلا شعاعيا عند تغيير التركيز فوق وأسفل النقطة المحورية. الآن استقطاب الشعاع بشكل دائري عن طريق إدخال لوحة ربع الموجة. قم بتوجيهه بمحوره السريع عند 45 درجة إلى الاستقطاب الخطي للضوء.

للحصول على الأداء الدوار الأمثل ، من الأهمية بمكان أن يكون لديك استقطاب دائري جيد لليزر. في حالة ظهور مشكلة في هذه المرحلة ، أدخل لوحة نصف الموجة لتصحيح الانكسار الثنائي السلبي للمكونات البصرية في مسار الحزمة. أخيرا ، قم بإعداد نظام مجال مظلم وإضاءة طوق باستخدام مكثف مغمور بالزيت.

إصلاح عناصر التحليل الطيفي لارتباط الفوتون. قم بتثبيت شعاع الشعاع لإعادة توجيه الضوء من المجهر إلى المنفذ. في الميناء ، ضع مجموعة من المستقطب الخطي ، متبوعا بمرحلة x y مع ألياف التجميع.

ركز الضوء على ألياف المجموعة في مرحلة الترجمة xy. ستنتقل الألياف في النهاية إلى الصمام الثنائي السريع للصور من السيليكون بكسل واحد. تأكد من أن الحجم الأساسي لألياف المجموعة كبير بما يكفي لاحتواء صورة جسيم النانو أثناء رحلاته بسبب الحركة البراونية المتنقلة.

إذا لم يتم استيفاء هذا المعيار ، فقد يكون من الصعب تفسير البيانات التي تم جمعها. لمحاذاة ألياف المجموعة ، قم بإقران الضوء المرئي بنهايته غير المتصلة. سيؤدي ذلك إلى إضاءة الركيزة في المجهر والسماح بزيارة منطقة تجميع الألياف لضبط موضع الألياف مع مرحلة الترجمة.

توقف عندما تتزامن منطقة التجميع مع موضع التراكب اللوني البصري. ثم انقل طرف الألياف من مصدر الضوء إلى الكاشف. في هذا التخطيطي ، تمثل هذه العناصر الإعداد اللازم للتحليل الطيفي لارتباط الفوتون.

لإعداد التحليل الطيفي للمجال المظلم ، ضع مقياس الطيف في مكانه. الضوء المباشر إلى مقياس الطيف مع وجود المرآة في مسار الحزمة المنعكسة. في هذه الحالة ، توجد المرآة مع جسم المجهر استخدم مرشح الشق قبل المرآة لإزالة ضوء الليزر المحاصر.

اضبط المرايا التوجيهية بحيث تتزامن الملقط البصري مع شق مقياس الطيف. ابدأ بإعداد الجسيمات للتجربة. خفف الجزيئات في الماء منزوع الأيونات إلى تركيز مناسب.

قم بتقطيع المحلول المخفف لمدة دقيقتين لتفتيت الركام وإنشاء تشتت موحد. بعد ذلك قم بإعداد خلية العينة. استخدم شريحة مجهرية وغطاء زجاجي.

قم بصوتها لمدة خمس دقائق لكل منها في الأسيتون ، متبوعا بالأيزوبروبانول. عند الانتهاء ، قم بإنشاء شريط فاصل بعمق 100 ميكرومتر جيدا على الشريحة الزجاجية. قم بتفريق لترين صغيرين من محلول جسيمات النانو المخفف داخل البئر.

قم أيضا بإيداع لترين صغيرين على زجاج الغطاء. ضع جزأين من الخلية معا. يجب ألا يكون هناك أي فقاعات هواء داخل الغرفة.

انقل الخلية إلى مرحلة المجهر. هناك ضع مؤشر قطرة واحد مطابق لزيت الغمر أعلى العينة. ضع قطرة أخرى على المكثف.

ابدأ التجربة باستخدام حظر ليزر الاصطياد. تحديد موقع جسيم مناسب من خلال المراقبة في نظام تصوير المجال المظلم. قم بفك حظر الليزر ومعالجة المسرح والتركيز لدفع الجسيم للأمام نحو واجهة زجاج الماء.

لقياسات ديناميكيات الدوران ، اجمع تذبذب الشدة باستخدام كاشف صور السيليكون. للقياسات الطيفية ، ابدأ بركيزة حبات البوليسترين المتناثرة بشكل كثيف. سجل طيف الضوء الأبيض من استجابة تشتت الركيزة.

بعد ذلك ، استبدل عينة الخرزة في المجهر بعينة جسيمات النانو. سجل طيف الخلفية بضوء شارد من بقعة التراكب. بعد ذلك ، قم بحظر كل الضوء من الكاشف ، وسجل طيفا مظلما في ظل هذه الحالة.

قم بإزالة الكتلة من الحزمة ، وأخيرا قم باصطياد جسيم نانو وتسجيل الطيف الخام المرتبط به. هذه هي تقلبات شدة ضوء الليزر المتناثر الخلفي من قضيب نانو محاصر ودواري. من هذه البيانات غير المعالجة ، من الصعب استخراج المعلومات في أي نطاق زمني.

ومع ذلك ، عندما تكون بيانات الشدة مرتبطة تلقائيا ، فإنها تظهر التذبذبات المتعلقة بتردد دوران قضيب النانو. يرجع التحلل التذبذبي بعد بضع فترات إلى الحركة البراونية الدورانية. الخط الأحمر مناسب لوظيفة الارتباط التلقائي النظرية التي يمكن للمرء من خلالها استخراج معلومات تفصيلية حول الحركة الدوارة.

هنا تكون الكثافة المتناثرة الخام من قضيب نانو محاصر باللون الأزرق الداكن. يتم تشويهه بسبب وجود مرشح الشق. لعزل طيف تشتت قضيب النانو ، قم بمعايرة البيانات الأولية مع طيف الخلفية ، باللون الأحمر ، وطيف إثارة الضوء الأبيض باللون البرتقالي.

هذا هو طيف التشتت المصحح. يظهر الطيف رنين بلازمون موضعيين موضعيين متميزين ، كما هو متوقع. في هذه المؤامرة ، النقاط الزرقاء هي طيف التشتت من قضيب نانو محاصر مع تجاهل منطقة الطيف المشوهة.

المنحنى الأحمر هو ملاءمة وظيفة نموذج ثنائي لورنتزيان. مكونات التركيبات باللونين الأزرق الفاتح والبرتقالي. بمجرد إنشاء الإعداد وإتقان التقنية ، يمكن إجراء تجربة الاصطياد البصري والدوران في غضون ساعات قليلة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر استخدام قضبان النانو المناسبة التي تهيمن على الرنين على الجانب الأزرق من الليزر ، ويجب أن يكون لها أيضا قمم رنين منفصلة بوضوح ولكنها كبيرة فيزيائيا بما يكفي ليتم محاصرتها بثبات. يمكن إنشاء ملاقط بصرية لتجارب دوران قضبان النانو باستخدام مجموعة من الأطوال الموجية المختلفة لليزر وأهداف المجهر والمجاهر مع تعديلات طفيفة فقط. علاوة على ذلك ، يمكن بسهولة إضافة أجهزة القياسات البراونية الانتقالية لجمع البيانات التكميلية.

أثبتت منصة دوران الجسيمات النانوية هذه أنها مفيدة كمقياس راسم الذبذبات للزوجة ودرجة الحرارة المحلية ، لتتبع التغيرات المورفولوجية لقضبان النانو والطلاءات الجزيئية وكمحول ومسبار للعمليات الحرارية الضوئية والديناميكية الحرارية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تجارب الملقط البصري على قضبان النانو المعدنية. كيفية تدويرها باستخدام الضوء المستقطب دائريا وكيفية استخراج المعلومات من خلال التحليل الطيفي لارتباط الفوتون والتحليل الطيفي للمجال المظلم.

لا تنس أن العمل بالليزر يمكن أن يكون خطيرا للغاية على العينين ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء نظارات الليزر وفلاتر الليزر المناسبة وإجراءات المناولة أثناء تنفيذ هذا الإجراء.