הקמה ותפעול של מערכת מנוע מונחה אור רוטרי Nanorod זהב

המטרה הכוללת של מערכת ניסיונית זו היא ליצור ולמדוד סיבוב ומומנט בקנה מידה ננומטרי באמצעות פינצטה אופטית מקוטבת מעגלית. ניתן לחקור את העצמים המסתובבים באמצעות מכשור נוסף לניתוח דינמיקה בראונית וספקטרוסקופיה של פיזור אור. שיטה זו יכולה לעזור לנו לענות על שאלות מפתח בפיזיקה תרמית ואופטית בקנה מידה ננו.

למשל קשור לדיפוזיה בראונית של חלקיקי ננו והעברת תנע זוויתי אופטי לחלקיק ננו. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מאפשרת סיבוב יציב של חלקיקי ננו בתדרים גבוהים, וכי המדידות מספקות מידע מפורט על חלקיק הננו וסביבתו הקרובה. הרעיון הוא ללכוד חלקיק ננו מתכתי על ידי קרן לייזר ממוקדת במערך פינצטה אופטית.

אם לייזר הלכידה מקוטב מעגלית, חלקיק הננו יסתובב עקב העברת תנע זוויתי מהאור. בנה את ההתקנה סביב מיקרוסקופ הפוך מתאים. ההתקנה כוללת אלמנטים הן לפינצטה האופטית והן למדידות על חלקיק לכוד.

זהו ייצוג סכמטי של ההגדרה. לעת עתה, התמקדו באלמנטים של הפינצטה האופטית. בחר לייזר מקוטב ליניארי של 660 ננומטר עם הספק פלט יציב של עד 500 מילי-וואט.

השתמש בעדשות בתצורת טלסקופ קפלר כדי להרחיב את האלומה. השתמש במראות בתושבות קינמטיות כדי לכוון את קרן הלייזר למיקרוסקופ. בתוך המיקרוסקופ, השתמש במפצל קרן 50 50 כדי לחבר את אור הלייזר למטרה.

ליישור ואיסוף נתונים כלול מצלמה בנתיב האור המוחזר. במקרה זה, מראה מסתובבת בתוך המיקרוסקופ יכולה לכוון את האור אליו. כוונן את עדשות הקפלר כדי להרחיב את האלומה.

הפוך את האלומה למעט גדולה יותר מהצמצם האחורי של מטרת הלכידה כדי לייעל את המיקוד. זז לאורך נתיב האלומה כדי לבדוק את הקולימציה. קוטר הקורה צריך להיות קבוע כשהוא מתפשט למטרה.

מקד את הלייזר על מגלשת זכוכית או מראה. בצע כוונון עדין עם המראות בנתיב האלומה. ללייזר מיושר בצורה לא נכונה יש דפוס עוצמה סימטרי לא רדיאלי.

אם הלייזר מיושר, דפוס העוצמה שלו הוא סימטרי רדיאלית בעת שינוי המיקוד מעל ומתחת לנקודת המוקד. כעת קטב את האלומה באופן מעגלי על ידי הכנסת לוח רבע גל. כוון אותו עם הציר המהיר שלו ב-45 מעלות לקיטוב הליניארי של האור.

לביצועים סיבוביים מיטביים זה קריטי שיהיה קיטוב מעגלי טוב של הלייזר. במקרה שתתעורר בעיה בשלב זה, הכנס את לוחית חצי הגל כדי לתקן שבירה שלילית של רכיבים אופטיים בנתיב האלומה. לבסוף, הגדר מערכת שדה כהה ותאורת צווארון באמצעות מעבה טבול בשמן.

תקן את האלמנטים לספקטרוסקופיה של יחסי פוטונים. התקן מפצל קרן כדי להפנות אור מהמיקרוסקופ ליציאה. בנמל, הניחו מכלול של מקטב ליניארי, ואחריו שלב x y עם סיב איסוף.

מקדו את האור בסיב האיסוף בשלב התרגום xy. הסיב יעבור בסופו של דבר לדיודת צילום סיליקון מהירה של פיקסל אחד. ודא שגודל הליבה של סיב האיסוף גדול מספיק כדי להכיל את התמונה של חלקיק הננו במהלך מסעותיו עקב תנועה בראונית תרגומית.

אם קריטריון זה אינו מתקיים, הנתונים שנאספו יכולים להיות קשים לפירוש. כדי ליישר את סיב האיסוף, חבר אור נראה לקצה הלא מחובר שלו. זה יאיר את המצע במיקרוסקופ ויאפשר ביקור באזור האיסוף של הסיב התאם את מיקום הסיב עם שלב התרגום.

עצור כשאזור האיסוף חופף למיקום ההשמנה האופטית. לאחר מכן העבר את קצה הסיבים ממקור האור לגלאי. בסכימה זו, אלמנטים אלה מייצגים את ההגדרה הדרושה לספקטרוסקופיה של יחסי פוטונים.

עבור הגדרת ספקטרוסקופיה של שדה כהה, יש למקם את הספקטרומטר במקומו. כוון אור לספקטרומטר עם המראה בנתיב הקרן המוחזרת. במקרה זה, המראה ממוקמת עם גוף המיקרוסקופ השתמש במסנן חריץ לפני המראה כדי להסיר את אור הלייזר הלוכד.

כוונן את המראות המנחות, כך שהפינצטה האופטית תתאים לחריץ הספקטרומטר. התחל בהכנת החלקיקים לניסוי. לדלל את החלקיקים במים נטולי יונים לריכוז מתאים.

סוניקציה של התמיסה המדוללת למשך שתי דקות כדי לפרק אגרגטים וליצור פיזור אחיד. לאחר מכן הכן את תא הדגימה. השתמש בשקופית מיקרוסקופ ובזכוכית כיסוי.

סוניקטיבי אותם במשך חמש דקות כל אחד באצטון, ולאחר מכן איזופרופנול. בסיום, צור סרט מרווח בעומק 100 מיקרומטר היטב על מגלשת הזכוכית. פזרו שני מיקרו ליטר מתמיסת חלקיקי הננו המדוללת בתוך הבאר.

הפקידו גם שני מיקרו ליטר על זכוכית הכיסוי. חבר את שני חלקי התא יחד. לא אמורות להיות בועות אוויר בתוך החדר.

העבר את התא לשלב המיקרוסקופ. שם הניחו שמן טבילה תואם אינדקס טיפה אחד על גבי הדגימה. הניחו טיפה נוספת על הקבל.

התחל את הניסוי עם לייזר הלכידה חסום. איתר חלקיק מתאים באמצעות תצפית במערכת הדמיית השדה האפל. שחרר את חסימת הלייזר ותפעל את הבמה והמיקוד כדי לדחוף את החלקיק קדימה לכיוון ממשק זכוכית המים.

למדידות דינמיקת סיבוב, אסוף את תנודת העוצמה עם גלאי צילום הסיליקון. למדידות ספקטרוסקופיות, התחל עם המצע של חרוזי פוליסטירן מפוזרים בצפיפות בפיזור אחיד. רשום את ספקטרום האור הלבן מתגובת פיזור המצע.

לאחר מכן, החלף את דגימת החרוז במיקרוסקופ בדגימת חלקיקי הננו. הקליטו ספקטרום רקע עם אור תועה מנקודת ההשמנה. לאחר מכן, חסום את כל האור מהגלאי, רשום ספקטרום כהה בתנאי זה.

הסר את הבלוק מהקרן, לבסוף לכוד חלקיק ננו ורשום את הספקטרום הגולמי הקשור אליו. אלו הן תנודות עוצמה של אור לייזר מפוזר לאחור ממוט ננו לכוד ומסתובב. מנתונים לא מטופלים כאלה, קשה לחלץ מידע בכל טווח זמן.

עם זאת, כאשר נתוני העוצמה מתואמים אוטומטית, הם מראים תנודות הקשורות לתדירות הסיבוב של מוט הננו. הדעיכה התנודתית לאחר מספר תקופות נובעת מהתנועה הבראונית הסיבובית. הקו האדום מתאים לפונקציית המתאם האוטומטי התיאורטית שממנה ניתן לחלץ מידע מפורט על התנועה הסיבובית.

כאן העוצמה הגולמית המפוזרת ממוט ננו לכוד היא בכחול כהה. זה מעוות על ידי נוכחות של פילטר חריץ. כדי לבודד את ספקטרום הפיזור של מוט הננו, כייל את הנתונים הגולמיים עם ספקטרום הרקע, באדום, וספקטרום עירור אור לבן בכתום.

זהו ספקטרום הפיזור המתוקן. הספקטרום מראה שתי תהודות פלזמון מקומיות מובהקות, כצפוי. בתרשים זה, הנקודות הכחולות הן ספקטרום הפיזור ממוט ננו לכוד תוך התעלמות מאזור הספקטרום המעוות.

העקומה האדומה היא ההתאמה של פונקציית המודל הדו-לורנציאני. רכיבי ההתאמה הם בכחול בהיר וכתום. לאחר בניית ההתקנה ושליטה בטכניקה, ניתן לבצע ניסוי לכידה וסיבוב אופטי תוך מספר שעות אם הוא מבוצע כראוי.

בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להשתמש במוטות ננו מתאימים השולטים בתהודה בצד אורך הגל הכחול של הלייזר, עליו להיות גם שיאי תהודה מופרדים בבירור ועם זאת להיות גדול מספיק פיזית כדי להילכד ביציבות. ניתן לבנות פינצטה אופטית לניסויי סיבוב מוטות ננו באמצעות מגוון אורכי גל לייזר שונים, מטרות מיקרוסקופ ומיקרוסקופים עם שינויים קלים בלבד. יתר על כן, ניתן להוסיף בקלות מכשור למדידות בראוניאן תרגומי לאיסוף נתונים משלים.

פלטפורמת סיבוב ננו חלקיקים זו הוכיחה את עצמה כמד אוסצילוסקופ של צמיגות וטמפרטורה מקומית, למעקב אחר שינויים מורפולוגיים של מוטות ננו וציפויים מולקולריים וכמתמר ובדיקה של תהליכים פוטו-תרמיים ותרמודינמיים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע ניסויי פינצטה אופטיים על ננו-מוטות מתכתיים. כיצד לסובב אותם באמצעות אור מקוטב מעגלי וכיצד לחלץ מידע באמצעות ספקטרוסקופיה של יחסי פוטונים וספקטרוסקופיה של שדה כהה.

אל תשכח שעבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר לעיניים ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות כגון הרכבת משקפי בטיחות לייזר ומסנני לייזר מתאימים ונהלי טיפול בעת ביצוע הליך זה.