건설 및 골드 하이퍼 로타리 빛 구동 모터 시스템의 운영

이 실험 시스템의 전반적인 목표는 원형 편광 광학 핀셋을 사용하여 나노 스케일에서 회전과 토크를 생성하고 측정하는 것입니다. 회전하는 물체는 브라운 역학 분석 및 광 산란 분광법을 위한 추가 장비를 사용하여 조사할 수 있습니다. 이 방법은 나노 규모, 열 및 광학 물리학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

예를 들어, 나노 입자, 브라운 확산 및 광학 각운동량의 나노 입자로의 전달과 관련이 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 고주파에서 안정적인 나노 입자 회전이 가능하고 측정이 나노 입자와 그 주변 환경에 대한 자세한 정보를 제공한다는 것입니다. 아이디어는 광학 핀셋 설정에서 집중된 레이저 빔으로 금속 나노 입자를 가두는 것입니다.

트래핑 레이저가 원형 편광되면 나노 입자는 빛으로부터의 각운동량 전달로 인해 회전합니다. 적절한 도립 현미경을 중심으로 설정을 구성합니다. 이 설정에는 광학 핀셋과 갇힌 입자에 대한 측정을 위한 요소가 모두 포함됩니다.

이것은 설정의 개략적인 표현입니다. 지금은 광학 핀셋의 요소에 집중합니다. 최대 500밀리와트의 안정적인 출력을 가진 660나노미터 선형 편광 레이저를 선택하십시오.

케플러 망원경 구성의 렌즈를 사용하여 빔을 확장하십시오. kinematic mounts에서 mirror를 사용하여 레이저 빔을 현미경으로 향하게 합니다. 현미경 내부에서 50 50 빔 스플리터를 사용하여 레이저 광을 대물렌즈에 결합합니다.

정렬 및 데이터 수집을 위해 반사된 빛의 경로에 카메라를 포함합니다. 이 경우 현미경 내부의 회전 거울이 빛을 현미경으로 향하게 할 수 있습니다. 케플러식 렌즈를 조정하여 빔을 확장합니다.

초점을 최적화하기 위해 빔을 트래핑 대물렌즈의 뒤쪽 조리개보다 약간 크게 만듭니다. 빔 경로를 따라 이동하여 시준을 확인합니다. 빔 직경은 대물렌즈로 전파될 때 일정해야 합니다.

유리 슬라이드나 거울에 레이저의 초점을 맞춥니다. 빔 경로에 있는 미러를 사용하여 미세 조정을 수행합니다. 부적절하게 정렬된 레이저는 비방사상 대칭 강도 패턴을 갖습니다.

레이저가 정렬되면 강도 패턴은 초점 위와 아래의 초점을 변경할 때 방사상 대칭입니다. 이제 quarter wave plate를 도입하여 빔을 원형으로 편광합니다. 빛의 선형 편광에 대해 45도의 빠른 축으로 방향을 지정합니다.

최적의 회전 성능을 위해서는 레이저의 우수한 원형 편광을 갖는 것이 중요합니다. 이 단계에서 문제가 발생할 경우, half wave plate를 삽입하여 beam path에서 광학 부품의 역굴절을 보정합니다. 마지막으로, 오일 침지 콘덴서를 사용하여 암시야 시스템과 칼라 조명을 설정합니다.

Photon Corelation spectroscopy를 위해 요소를 수정합니다. 빔스플리터를 설치하여 현미경에서 포트로 빛의 방향을 바꿉니다. 포트에서 linear polarizer의 어셈블리를 배치한 다음 수집 섬유가 있는 x y 스테이지를 배치합니다.

x y 변환 단계에서 수집 광섬유에 빛을 집중합니다. 광섬유는 궁극적으로 빠른 단일 픽셀 실리콘 포토 다이오드로 이동합니다. 수집 섬유의 코어 크기가 병진 브라운 운동으로 인한 편위 동안 나노 입자의 이미지를 포함할 수 있을 만큼 충분히 큰지 확인하십시오.

이 기준이 충족되지 않으면 수집된 데이터를 해석하기 어려울 수 있습니다. 수집 섬유를 정렬하려면 가시광선을 부착되지 않은 끝에 연결합니다. 이것은 현미경의 기판을 비추고 섬유의 수집 영역을 방문할 수 있도록 합니다.변환 스테이지로 섬유 위치를 조정합니다.

수집 영역이 광학 트랩의 위치와 일치하면 중지합니다. 그런 다음 광섬유 끝을 광원에서 감지기로 이동합니다. 이 회로도에서 이러한 요소는 광자 상관 분광법에 필요한 설정을 나타냅니다.

암시야 분광법 설정의 경우 분광계를 제자리에 두십시오. 반사된 빔의 경로에 있는 거울이 있는 분광계로 빛을 직접 보냅니다. 이 경우 거울은 현미경 본체와 함께 위치하며 거울 앞에 노치 필터를 사용하여 트래핑하는 레이저 광을 제거합니다.

광학 핀셋이 분광계 슬릿과 일치하도록 가이드 미러를 조정합니다. 실험을 위해 입자를 준비하는 것으로 시작합니다. 입자를 탈이온수로 적절한 농도로 희석하십시오.

희석된 용액을 2분 동안 초음파 처리하여 응집체를 분해하고 균일한 분산을 생성합니다. 다음으로 샘플 셀을 준비합니다. 현미경 슬라이드와 커버 유리를 사용하십시오.

아세톤에서 각각 5분 동안 초음파 처리한 다음 이소프로판올을 넣습니다. 완료되면 유리 슬라이드에 100마이크로미터 깊이의 스페이서 테이프를 잘 만듭니다. 2 마이크로 리터의 희석 된 나노 입자 용액을 웰 내에 분산시킵니다.

또한 커버 유리에 2 마이크로 리터를 놓습니다. 셀의 두 부분을 함께 넣습니다. 챔버 내부에 기포가 없어야 합니다.

세포를 현미경 스테이지로 이동합니다. 샘플 위에 하나의 방울 지수와 일치하는 침지 오일을 놓습니다. 콘덴서에 한 방울 더 떨어뜨립니다.

트래핑 레이저를 차단한 상태에서 실험을 시작합니다. 암시야 이미징 시스템에서 관찰을 통해 적합한 입자를 찾았습니다. 레이저의 차단을 해제하고 스테이지와 초점을 조작하여 입자를 물유리 계면 쪽으로 밀어냅니다.

회전 역학 측정의 경우, 실리콘 광 검출기로 강도 진동을 수집합니다. 분광 측정의 경우, 조밀하게 분산되어 균일하게 산란된 폴리스티렌 비드의 기질부터 시작합니다. substrate scattering response에서 백색광 스펙트럼을 기록합니다.

다음으로 현미경의 비드 샘플을 나노 입자 샘플로 교체합니다. 트래핑 지점에서 미광이 있는 배경 스펙트럼을 기록합니다. 그런 다음 검출기의 모든 빛을 차단하고 이 조건에서 어두운 스펙트럼을 기록합니다.

빔에서 블록을 제거하고 마지막으로 나노 입자를 포획하고 이와 관련된 원시 스펙트럼을 기록합니다. 이것은 갇히고 회전하는 나노 막대에서 후방 산란 레이저 광의 강도 변동입니다. 이러한 처리되지 않은 데이터에서는 어떤 시간 척도로도 정보를 추출하기가 어렵습니다.

그러나 강도 데이터가 자동 상관 관계가 있는 경우 나노 막대의 회전 주파수와 관련된 진동을 보여줍니다. 몇 기간 후의 진동 붕괴는 회전하는 브라운 운동(Rotating Brownian motion) 때문입니다. 빨간색 선은 회전 운동에 대한 세부 정보를 추출할 수 있는 이론적인 자동 상관 함수에 적합합니다.

여기서 갇힌 나노 막대의 원시 산란 강도는 진한 파란색입니다. 노치 필터의 존재에 의해 왜곡됩니다. 나노 막대의 산란 스펙트럼을 분리하려면 배경 스펙트럼을 빨간색으로, 백색광 여기 스펙트럼을 주황색으로 사용하여 원시 데이터를 보정합니다.

이것이 수정된 산란 스펙트럼입니다. 스펙트럼은 예상대로 두 개의 뚜렷한 국소 표면 플라즈몬 공명을 보여줍니다. 이 플롯에서 파란색 점은 왜곡된 스펙트럼 영역이 무시된 트랩된 나노 막대의 산란 스펙트럼입니다.

빨간색 곡선은 bi-Lorentzian 모델 함수의 적합치입니다. 적합 구성 요소는 연한 파란색과 주황색입니다. 설정이 구성되고 기술이 마스터되면 광학 트래핑 및 회전 실험이 제대로 수행되면 몇 시간 내에 완료할 수 있습니다.

이 절차를 시도하는 동안 레이저의 청색 파장 쪽에서 공진을 지배하는 적절한 나노 막대를 사용하는 것을 기억하는 것이 중요하며, 공명 피크가 명확하게 분리되어야 하지만 물리적으로 안정적으로 갇힐 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 나노 막대 회전 실험을 위한 광학 핀셋은 다양한 레이저 파장, 현미경 대물렌즈 및 현미경을 사용하여 약간의 변경만으로 구성할 수 있습니다. 또한 병진 브라운 측정을 위한 기기는 보완적인 데이터 수집을 위해 쉽게 추가할 수 있습니다.

이 나노 입자 회전 플랫폼은 점도 및 국소 온도의 오실로스코프 게이지, 나노 막대 및 분자 코팅의 형태학적 변화를 추적하기 위한 것, 광열 및 열역학 공정의 변환기 및 프로브로 유용한 것으로 입증되었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 금속 나노 막대에서 광학 핀셋 실험을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 원형 편광을 사용하여 회전하는 방법과 광자 상관 분광법과 암시야 분광법을 통해 정보를 추출하는 방법.

레이저로 작업하는 것은 눈에 매우 위험할 수 있으며 레이저 보안경과 적절한 레이저 필터 착용과 같은 예방 조치를 취하고 이 절차를 수행하는 동안 항상 취급 절차를 수행해야 한다는 것을 잊지 마십시오.