Bouw en de exploitatie van een licht gestuurde gouden nanostaafjes Rotary locomotorisch stelsel

Het algemene doel van dit experimentele systeem is om rotatie en koppeling te genereren en meten op de nanoschaal met behulp van circulair gepolariseerde optische pincetten. De roterende objecten kunnen worden onderzocht met behulp van aanvullende instrumenten voor analyse van browniaanse dynamica en lichtverstrooiingsspectroscopie. Deze methode kan ons helpen antwoorden te geven op belangrijke vragen in de thermische en optische fysica op nanoschaal.

Bijvoorbeeld met betrekking tot browniaanse diffusie van nanodeeltjes en overdracht van optisch hoekmomentum naar een nanodeeltje. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het stabiele rotatie van nanodeeltjes bij hoge frequenties mogelijk maakt en dat de metingen gedetailleerde informatie bieden over het nanodeeltje en zijn directe omgeving. Het idee is om een metalen nanodeeltje vast te leggen door een gefocuste laserstraal in een optische pincetopstelling.

Als de vastleggingslaser circulair gepolariseerd is, zal het nanodeeltje draaien door overdracht van hoekmomentum van het licht. Bouw de opstelling rond een geschikte omgekeerde microscoop. De opstelling omvat elementen voor zowel de optische pincetten als metingen op een vastgelegd deeltje.

Dit is een schematische weergave van de opstelling. Focus voor nu op de elementen voor de optische pincetten. Kies een 660 nanometer lineair gepolariseerde laser met een stabiel uitgangsvermogen tot 500 milliwatt.

Gebruik lenzen in een kepleriaanse telescoopconfiguratie om de straal uit te breiden. Gebruik spiegels in kinematische bevestigingen om de laserstraal naar de microscoop te leiden. Gebruik binnenin de microscoop een 50 50 straaldeler om het laserlicht in het objectief te koppelen.

Voor uitlijning en gegevensverzameling bevat u een camera in het pad van het gereflecteerde licht. In dit geval kan een draaibaar spiegeltje binnenin de microscoop het licht ernaartoe leiden. Pas de kepleriaanse lenzen aan om de straal uit te breiden.

Maak de straal iets groter dan de achteruitgang van het vastleggingsobjectief om de focus te optimaliseren. Beweeg langs het straalpad om de collimatie te controleren. De straaldiameter moet constant blijven terwijl deze naar het objectief voortplant.

Richt de laser op een glazen plaat of een spiegel. Voer fijnafstelling uit met de spiegels in het straalpad. Een onjuist uitgelijnde laser heeft een niet-radiaal symmetrisch intensiteitspatroon.

Als de laser is uitgelijnd, is het intensiteitspatroon radiaal symmetrisch bij het veranderen van de focus boven en onder het brandpunt. Nu polariseert u de straal circulair door een kwartgolfplaatje te introduceren. Orienteer het met de snelle as op 45 graden ten opzichte van de lineaire polarisatie van het licht.

Voor optimale rotatieprestaties is het van cruciaal belang om een goede circulaire polarisatie van de laser te hebben. Als er in dit stadium problemen optreden, plaatst u de halfgolfplaat om de nadelige dubbelbreking van optische componenten in het straalpad te corrigeren. Stel ten slotte een donkerveldsysteem en halsverlichting in met behulp van olie-geïmpregneerd condenser.

Repareer de elementen voor fotoncorrelatiespectroscopie. Installeer een straaldeler om het licht van de microscoop om te leiden naar een poort. Plaats op de poort een samenstelling van een lineair polarisator, gevolgd door een x y-trap met een verzamelvezel.

Richt het licht op de verzamelvezel op de x y-translatietrap. De vezel gaat uiteindelijk naar een snelle enkele pixel siliciumfotodiode. Zorg ervoor dat de kerngrootte van de verzamelvezel groot genoeg is om het beeld van het nanodeeltje tijdens zijn excursies door translationele browniaanse beweging te bevatten.

Als aan dit criterium niet is voldaan, kunnen de verzamelde gegevens moeilijk te interpreteren zijn. Om de verzamelvezel uit te lijnen, koppelt u zichtbaar licht naar het niet-bevestigde uiteinde. Dit zal het substraat in de microscoop verlichten en het mogelijk maken om het verzamelgebied van de vezel te bezoeken. Pas de vezelpositie aan met de translatietrap.

Stop wanneer het verzamelgebied samenvalt met de positie van de optische val. Beweeg vervolgens het vegende uiteinde van de lichtbron naar de detector. In dit schema vertegenwoordigen deze elementen de opstelling die nodig is voor fotoncorrelatiespectroscopie.

Voor de donkerveldspectroscopieopstelling, plaats de spectrometer op zijn plaats. Leidt het licht met de spiegel in de weerkaatspaad naar de spectrometer. In dit geval is de spiegel geplaatst bij de microscoopbehuizing. Gebruik een notchfilter voor de spiegel om het vastleggingslaserlicht te verwijderen.

Pas de geleidingsspiegels aan om de optische pincetten samen te laten vallen met de spleet van de spectrometer. Begin door de deeltjes voor het experiment voor te bereiden. Verdun de deeltjes in gedeïoniseerd water tot een geschikte concentratie.

Soniceer de verdunde oplossing gedurende twee minuten om aggregaten te breken en een uniforme dispersiet te creëren. Bereid vervolgens de monstercel voor. Gebruik een microscoopglas en dekglas.

Soniceer ze elk vijf minuten in aceton, gevolgd door isopropanol. Wanneer u klaar bent, maakt u een 100 micrometer diepe ruimteband op de glazen plaat. Verspreid twee microliters van de verdunde nanodeeljesoplossing in de put.

Deponeer ook twee microliters op het dekglas. Zet de twee delen van de cel samen. Er mogen geen luchtbellen in de kamer zijn.

Verplaats de cel naar het microscoopplatform. Plaats daar één druppel indexaangeschakelde dompelolie op het monster. Plaats een andere druppel op de condensor.

Begin het experiment met de vastleggingslaser geblokkeerd. Lokaliseer een geschikt deeltje door observatie in het donkerveldbeeldsysteem. Deblokkeer de laser en manipuleer de trap en focus om het deeltje naar de grensvlak tussen water en glas te duwen.

Voor metingen van rotatiedynamica, verzamelt u de intensiteitsoscillatie met de siliciumfotodetector. Voor spectroscopische metingen, begint u met het substraat van dicht verspreide uniform verspreidende polystyreenkralen. Neem het witte lichtspectrum op van de substraatverstrooiingsreactie.

Vervang vervolgens het kraalmonster in de microscoop door het