Строительство и эксплуатация свет driven золото Nanorod Ротари двигательной системы

Общая цель этой экспериментальной системы — генерировать и измерять вращение и крутящий момент в наномасштабе с помощью оптического пинцета с круговой поляризацией. Вращающиеся объекты могут быть исследованы с помощью дополнительных приборов для броуновского динамического анализа и спектроскопии рассеяния света. Этот метод может помочь нам ответить на ключевые вопросы наноразмерной тепловой и оптической физики.

Например, это связано с броуновской диффузией наночастиц и передачей оптического углового момента в наночастицу. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он обеспечивает стабильное вращение наночастиц на высоких частотах, а измерения предоставляют подробную информацию о наночастице и ее непосредственном окружении. Идея состоит в том, чтобы захватить металлическую наночастицу сфокусированным лазерным лучом в оптической установке пинцета.

Если захватывающий лазер имеет круговую поляризацию, наночастица будет вращаться за счет передачи углового момента от света. Постройте установку вокруг подходящего инвертированного микроскопа. Установка включает в себя элементы как для оптического пинцета, так и для измерений на захваченной частице.

Это схематическое изображение конфигурации. А пока сосредоточьтесь на элементах для оптического пинцета. Выберите лазер с линейной поляризацией 660 нанометров со стабильной выходной мощностью до 500 милливатт.

Используйте линзы в конфигурации кеплеровского телескопа для расширения луча. Используйте зеркала в кинематических креплениях для направления лазерного луча на микроскоп. Внутри микроскопа используйте светоделитель 50 на 50, чтобы соединить лазерный свет с объективом.

Для юстировки и сбора данных включите камеру на пути отраженного света. В этом случае поворотное зеркало внутри микроскопа может направлять свет на него. Отрегулируйте кеплеровские линзы, чтобы расширить луч.

Сделайте луч немного больше, чем задняя апертура объектива-ловушки, чтобы оптимизировать фокусировку. Двигайтесь по траектории луча, чтобы проверить коллимацию. Диаметр луча должен быть постоянным по мере его распространения к объекту.

Сфокусируйте лазер на предметном стекле или зеркале. Выполните тонкую настройку с помощью зеркал на пути луча. Неправильно выровненный лазер имеет нерадиально симметричную диаграмму интенсивности.

Если лазер выровнен, его диаграмма направленности радиально симметрична при изменении фокуса выше и ниже точки фокусировки. Теперь круговая поляризация луча путем введения четвертьволновой пластины. Сориентируйте его быстрой осью под углом 45 градусов к линейной поляризации света.

Для оптимальной производительности вращения критически важно иметь хорошую круговую поляризацию лазера. В случае возникновения проблем на этом этапе вставьте полуволновую пластину для коррекции неблагоприятного двойного лучепреломления оптических компонентов на пути луча. Наконец, настройте систему темного поля и подсветку воротника с помощью масляного конденсатора.

Восстановите элементы для спектроскопии фотонной корреляции. Установите светоделитель, чтобы перенаправить свет от микроскопа к порту. В порту разместите сборку линейного поляризатора, за которой следует x y столик со сборным волокном.

Сфокусируйте свет на волокне коллекции на этапе трансляции x y. Волокно в конечном итоге перейдет к быстрому однопиксельному кремниевому фотодиоду. Убедитесь, что размер ядра коллекционного волокна достаточно велик, чтобы вместить изображение наночастицы во время ее перемещений из-за поступательного броуновского движения.

Если этот критерий не выполняется, собранные данные могут быть трудно интерпретировать. Чтобы выровнять коллекционное волокно, соедините видимый свет с его неприкрепленным концом. Это позволит осветить подложку в микроскопе и позволит посетить область сбора волокна Отрегулируйте положение волокна с помощью этапа трансляции.

Остановитесь, когда область сбора совпадет с положением оптической ловушки. Затем переместите конец волокна от источника света к детектору. На этой схеме эти элементы представляют собой установку, необходимую для спектроскопии фотонной корреляции.

Для настройки спектроскопии темного поля установите спектрометр на место. Прямой свет на спектрометр с зеркалом на пути отраженного луча. В этом случае зеркало располагается вместе с корпусом микроскопа Используйте режекторный фильтр перед зеркалом, чтобы удалить улавливающий лазерный свет.

Отрегулируйте направляющие зеркала так, чтобы оптический пинцет совпадал с щелью спектрометра. Начните с подготовки частиц к эксперименту. Разбавьте частицы в деионизированной воде до соответствующей концентрации.

Ультразвуком разбавленный раствор следует проводить в течение двух минут, чтобы разбить агрегаты и создать равномерную дисперсию. Далее подготавливаем ячейку с образцом. Используйте предметное стекло микроскопа и покровное стекло.

Обработайте их ультразвуком в течение пяти минут каждый в ацетоне, а затем добавьте изопропанол. Когда закончите, сделайте углубление распорочной ленты глубиной 100 микрометров на предметном стекле. Диспергируйте два микролитра разбавленного раствора наночастиц в лунке.

Также нанесите два микролитра на покровное стекло. Соедините две части клетки вместе. Внутри камеры не должно быть никаких пузырьков воздуха.

Переместите ячейку на предметный столик микроскопа. Там поместите один индекс капли совместимого иммерсионного масла поверх образца. Нанесите еще одну каплю на конденсатор.

Начните эксперимент с заблокированным лазером захвата. Обнаружение подходящей частицы с помощью наблюдения в системе визуализации темного поля. Разблокируйте лазер и управляйте столиком и фокусируйтесь, чтобы вытолкнуть частицу вперед к границе раздела жидкого стекла.

Для измерения динамики вращения собирайте интенсивность колебаний с помощью кремниевого фотодетектора. Для спектроскопических измерений начните с подложки из плотно диспергированных равномерно рассеивающихся гранул полистирола. Запишите спектр белого света по отклику на рассеяние подложки.

Затем замените образец шарика в микроскопе образцом наночастицы. Запишите фоновый спектр с рассеянным светом от места ловли. Далее блокируем весь свет от детектора, записываем темный спектр при этом условии.

Удалите блок из луча, наконец, поймайте наночастицу и запишите связанный с ней исходный спектр. Это интенсивные флуктуации обратно рассеянного лазерного света от захваченного, вращающегося наностержня. Из таких необработанных данных сложно извлечь информацию в любом временном масштабе.

Однако, когда данные об интенсивности автоматически коррелируют, они показывают колебания, связанные с частотой вращения наностержня. Колебательное затухание через несколько периодов происходит из-за вращательного броуновского движения. Красная линия соответствует теоретической функции автоматической корреляции, из которой можно извлечь подробную информацию о вращательном движении.

Здесь интенсивность необработанного рассеяния от захваченного наностержня выполнена в темно-синем цвете. Он искажается наличием режекторного фильтра. Чтобы изолировать спектр рассеяния наностержня, откалибруйте исходные данные с помощью фонового спектра, выделенного красным цветом, и спектра возбуждения белого света оранжевым.

Это и есть скорректированный спектр рассеяния. Спектр показывает два отчетливо локализованных поверхностных плазмонных резонанса, как и ожидалось. На этом графике синие точки — это спектр рассеяния от захваченного наностержня без учета искаженной области спектра.

Красная кривая является аппроксимацией функции би-лоренцовой модели. Комплектующие Fit выполнены в светло-голубом и оранжевом цветах. После того, как установка сконструирована и техника освоена, эксперимент по оптическому захвату и вращению может быть проведен за несколько часов, если он выполнен правильно.

При попытке выполнить эту процедуру, важно помнить об использовании соответствующих наностержней, которые доминируют в резонансе на стороне синей длины волны лазера, он также должен иметь четко разделенные резонансные пики, но при этом быть достаточно физически большим, чтобы его можно было стабильно захватывать. Оптический пинцет для экспериментов по вращению наностержней может быть сконструирован с использованием различных длин волн лазера, объективов микроскопа и микроскопов с незначительными изменениями. Кроме того, приборы для поступательных броуновских измерений могут быть легко добавлены для сбора дополнительных данных.

Эта платформа для вращения наночастиц оказалась полезной в качестве осциллографа для измерения вязкости и локальной температуры, для отслеживания морфологических изменений наностержней и молекулярных покрытий, а также в качестве преобразователя и зонда фототермических и термодинамических процессов. После просмотра этого видео вы должны хорошо понять, как проводить эксперименты по оптическому пинцизу на металлических наностержнях. Как вращать их с помощью света с круговой поляризацией и как извлекать информацию с помощью спектроскопии фотонной корреляции и спектроскопии темного поля.

Не забывайте, что работа с лазерами может быть чрезвычайно опасной для глаз, поэтому при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как ношение лазерных защитных очков и надлежащих лазерных фильтров, а также процедуры обращения.